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近日，海南大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院在《ACS Central Science 》上發(fā)表了一項關(guān)于高穩(wěn)定性電子富集PtNiCo催化劑在直接甲醇燃料電池（DMFC）中的應(yīng)用研究。

該研究通過TiN載體調(diào)控PtNiCo合金的電子結(jié)構(gòu)，顯著提升了催化劑的抗CO毒化能力和金屬溶出穩(wěn)定性，在實際DMFC中表現(xiàn)出了優(yōu)異的耐久性。

研究動機

實際 DMFC 運行條件（高甲醇濃度、0.5–0.8 V、70–90 °C、酸性）下，傳統(tǒng) Pt 基合金面臨兩大失效路徑：
1、 CO 中間體在 Pt 位點上過強吸附（*CO→*COOH 氧化動力學(xué)緩慢）；
2、合金元素 Ni、Co 的陽極溶出，導(dǎo)致活性相分解并污染質(zhì)子交換膜。
現(xiàn)有策略（有序金屬間化合物、碳載體調(diào)控）難以同時抑制上述兩條失效路徑，且高溫退火易導(dǎo)致顆粒燒結(jié)。

材料設(shè)計

構(gòu)建“TiN 納米管—PtNiCo 納米線”界面（記作 e-PtNiCo）。
通過 TiN→PtNiCo 電子轉(zhuǎn)移（~3.51 e?, Bader 分析）實現(xiàn)：
– Pt d-band 中心下移（?2.29 → ?2.74 eV），削弱 Pt–CO 鍵能（ΔG_CO 由 ?1.62 → ?1.27 eV）；
– 增強 Pt–Ni/Co 金屬鍵（ICOHP 值增大），抑制 Ni、Co 溶出（ICP-MS：Ni 溶出降低 2.25×，Co 溶出降低 3.35×）。

結(jié)論

半電池：在 0.1 M HClO? + 0.5 M CH?OH 中，e-PtNiCo 質(zhì)量活性 1.73 A mg_Pt?1，5000 圈 ADT 后剩余 83.8 %（Pt/C 47.3 %）。

單電池：65 °C、1 M MeOH、100 mA cm?2 恒流 50 h，電壓衰減 9.6 %；功率密度 107 → 96.3 mW cm?2，明顯優(yōu)于參比 PtNiCo/C 和 Pt/C。

總結(jié)

研究中，所有電化學(xué)測試均使用DC DSR旋轉(zhuǎn)圓盤圓環(huán)電極裝置結(jié)合工作站，采用三電極體系進行。Ag/AgCl（3 M KCl）作為參比電極，鉑片作為對電極，催化劑墨水均勻涂覆在玻碳電極上作為工作電極。

DC DSR旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極系統(tǒng)在該研究中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，其高精度的旋轉(zhuǎn)控制和穩(wěn)定的信號輸出，為催化劑的甲醇氧化反應(yīng)（MOR）活性、CO剝離、加速耐久性測試（ADT）等提供了可靠的實驗平臺。

該系統(tǒng)不僅支持常規(guī)的伏安測試，還可實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)條件下的動力學(xué)研究，廣泛應(yīng)用于燃料電池、電解水、氧還原等能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域。

DC DSR設(shè)備優(yōu)勢：

• 數(shù)字化，一體化控制，支持多種電極配置，更靜音；

• 兼容主流電化學(xué)工作站，操作簡便；

• 適用于催化劑活性、穩(wěn)定性及反應(yīng)機理研究。

本研究再次證明，DC DSR是高端電催化材料研發(fā)中不可或缺的工具，為DMFC及其他能源轉(zhuǎn)換技術(shù)的催化劑設(shè)計與優(yōu)化提供了強有力的技術(shù)支撐。

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