英文原题：Brush-Like Hollow PtTe₂ Nanotube for Enhanced Formic Acid Electrooxidation Catalysis

通讯作者：谢兆雄，厦门大学，嘉庚创新实验室；林海昕，厦门大学，嘉庚创新实验室

作者：Qiaorong Jiang （蒋巧荣），Zhiyi Wang（王之仪），Zijian Huang（黄梓健），Xuyuan Nie（聂旭远），Linzhe Lü（吕林喆），Xiao Han（韩笑），Wei Yan（颜伟），Hu Yang（杨虎），Xianmeng Song（宋现孟），Zi-Ang Nan（南子昂）

直接甲酸燃料电池因其优异的安全性、低毒性、高能量密度等优势在面对能源危机方面脱颖而出。作为燃料电池的核心，铂基纳米催化剂因其在酸性条件下具有优异的抗腐蚀性和化学稳定性而受到广泛的青睐。然而，传统Pt基催化剂严重的CO中毒是一个亟待解决的重要问题。此外，纳米催化剂易团聚等特性也是制约其催化活性的另一个重要方面。因此，开发兼具耐CO毒化和抗团聚的高活性铂基催化剂是一项极具挑战性的任务。

近日，厦门大学谢兆雄教授和林海昕教授研究团队在JPCC上发表了一种由超薄的PtTe₂金属间化合物组成的类毛刷状中空纳米管。这种结构不仅能够有效解决了片状结构易自聚和堆垛的特性，而且Te元素的引入能够调节活性Pt位点的电子结构，促进d带中心的下移，有效削弱CO与纳米片表面的吸附能，极大地抑制纳米片CO中毒，从而对甲酸电氧化的电流密度起到了显著的提升。

图1. 纳米管结构表征图。

在本工作中，采用溶剂热法一步合成了由超薄纳米片堆积而成的类毛刷状分级结构，每个纳米片是由三方结构的PtTe₂金属间化合物组成（如图1所示）。

图2. 纳米管甲酸电氧化图。

PtTe₂呈现出优异的催化活性和选择性，其甲酸电氧化电流密度高达4.72A mg_pt^-1 ，是商业Pt/C催化剂的9.25倍，同时也在已报道的Pt基催化剂中处于领先地位（如图2所示）。通过对循环伏安细致的分析，PtTe₂正扫峰与反扫峰的比值远高于Pt/C催化剂，说明在PtTe₂表面发生的主要是甲酸直接氧化路径，进而有效减少CO中间体的产生。

图3. 理论计算图。

理论计算进一步表明（如图3所示），在PtTe₂的表面，甲酸电氧化的中间产物*HCOO和*H₂COO能垒低于*CO中间体，因此更容易沿着直接氧化的路径发生。此外，由于d带中心的下移，使得CO在催化剂表面的吸附能低，扩散能垒高，促进CO在该催化剂表面的脱附，更进一步提升抗CO毒化能力。

综上，PtTe₂超薄片不仅能够促进甲酸的直接氧化路径，降低CO中间体的产生。而且d带中心的下移能进一步提升催化剂抗CO中毒能力。这项工作将为铂基催化剂的功能化提供指导。

相关论文发表在JPCC上，厦门大学博士后蒋巧荣和硕士研究生王之仪为文章的共同第一作者， 谢兆雄教授和林海昕教授为通讯作者。

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J. Phys. Chem. C 2024, ASAP

https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.4c05900 

Published November 28, 2024

© 2024 American Chemical Society