【DFT+实验】厦大/南理工JACS：对Pt-Te催化剂进行晶相调控，助力高选择性直接甲酸氧化反应

与其他燃料相比，以甲酸为燃料的直接甲酸燃料电池(DFAFCs)具有能量密度高、安全性好，以及最大电压高等优点，具有广阔的应用前景。除了这些固有的优点，开发高效的甲酸氧化反应(FAOR)催化剂也可以提高DFAFC的性能。一般而言，常用的FAOR催化剂是钯(Pd)和铂(Pt)基纳米材料。但Pd基催化剂除了活性相对较低外，其化学稳定性和催化耐久性也比Pt基催化剂差，这主要是由于Pd元素在酸性和电化学腐蚀条件下的溶解造成的。

尽管近年来Pd基催化剂得到了广泛的研究，但是并没有解决其抗中毒性差的关键问题，同时也没有实现在恶劣的MEA介质中显著的功率密度/寿命。因此，这要求人们不断探索新型高性能的用于FAOR的Pt基纳米材料。

近日，厦门大学黄小青、卜令正和南京理工大学刘伟等成功构建了一类表面凹凸不平、晶相可控的海绵状PtTe基纳米材料，即单斜相PtTe纳米环(m-PtTe NT)、斜方六面体相Pt₂Te₃ NT(r-Pt₂Te₃ NT)和三方相PtTe₂ NT(t-PtTe₂ NT)，并研究了其FAOR性能。

结果表明，与商业Pt/C、r-Pt₂Te₃ NT和t-PtTe₂ NT相比，m-PtTe NT具有更高的活性、更好的稳定性和更好的抗中毒性能。同时，m-PtTe NT/C具有最高的DRP趋势(1.88)，远大于r-Pt₂Te₃ NT/C(0.47)、t-PtTe₂ NT/C (0.67)和商业Pt/C(0.13)，并具有最好的FAOR稳定性。

原位FTIR和XPS结果表明，m-PtTe NT独特的结构能够有效抑制脱水反应途径的发生和CO中间体的吸附，同时促进对甲酸的活化，从而实现对CO的高耐受性和改善FAOR性能。更重要的是，即使在复杂的单一DFAFC条件下，m-PtTe NT/C也能达到比商业Pt/C更高的MEA功率密度(171.4 mW cm^-2)和更好的稳定性(在200 mA cm^-2下运行5660 s，电压损失53.2%)，证明了m-PtTe NT/C在实际DFAFC器件中的巨大潜力。

此外，密度泛函理论(DFT)计算进一步表明，与r-Pt₂Te₃ NT和t-PtTe₂ NT表面相比，m-PtTe NT表面能有效降低甲酸分子分解和氧化的活化能垒，且反应更倾向于通过m-PtTe NT的脱氢途径进行；并且，m-PtTe NT与CO的结合能力较弱，产生CO的活化能相对较高，因此具有较高的毒性耐受性和较好的FAOR活性。综上，该项工作报道了一种实现优异催化性能的晶相调控策略，为设计高性能的燃料电池Pt基催化剂提供了方向。

Highly Selective Synthesis of Monoclinic-Phased Platinum–Tellurium Nanotrepang for Direct Formic Acid Oxidation Catalysis. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c03317