北京大学郭少军团队【AM】抗CO氢电催化最新研究进展

通讯作者：郭少军；

作者单位：北京大学；

研究内容

氢燃料电池中，通常采用铂（Pt）基催化剂充当氢氧化反应（HOR）和析氢反应（HER）的电催化剂，但在碱性条件下，Pt对HOR的反应动力学比酸性条件下慢了约2-3个数量级。同时，Pt催化剂存在CO吸附性强，但抗CO中毒性能差的特点。近年来，虽然电催化的研究取得了重大进展，但增强HOR/HER活性和抗CO中毒性能的机制仍不明确。

其中，平衡氢（H_ad）和羟基（OH_ad）的吸收是促进HOR反应的主要途径，其代表性的方法：① 将Pt与过渡金属合金化，调整d-带中心从而优化Had结合能（HBE）；② 引入具有高亲氧性的外来原子，调整催化剂的表面亲氧性，通过所谓的双功能机制（羟基吸附能OHBE描述催化反应活性）来加速碱性中的Volmer步骤。基于此，北京大学的郭少军团队，通过将具有高亲氧性的MoOx原子层沉积到PtMo纳米颗粒表面上，形成PtMo/MoOx电催化剂，以增强碱性介质中抗CO中毒的氢循环电催化。

研究要点

一、 通过将具有高亲氧性的MoOx原子层沉积到具有优化的H_ad、OH_ad和CO_ad吸附的PtMo纳米颗粒表面上，合成Pt/Mo原子比可调的PtMo/MoOx纳米颗粒（NPS）。

二、 实验表征和密度泛函理论(DFT)计算表明，通过调节PtMo/MoOx界面纳米颗粒独特的电子结构、表面亲氧性以及氢(Had)和羟基(OH_ad)的平衡吸附强度对HOR和HER电催化至关重要。

三、 合理设计的PtMo/MoOx-1/C催化剂具高的HOR动电流密度和交换电流密度，分别是Pt/C催化剂的10.3倍和3.8倍。非晶态MoOx中活性氧有效地增强了CO中间体的氧化和去除能力。

图1. PtMo/MoOx NPs的合成及结构表征 

图2. 电子状态和配位环境的表征 

图3.电化学性能及理论研究 

图4. PtMo/MoOx-1/C的抗CO中毒HOR性能 

图5. 抗CO中毒机理的理论计算

参考文献：

Amorphous MoOx with high oxophilicity interfaced with PtMo alloy nanoparticles boosts anti-CO hydrogen electrocatalysis Adv. Mater. 2023

DOI: 10.1002/adma.202211854

https://doi.org/10.1002/adma.202211854

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