近日,田新龙教授团队在中国科技期刊登峰行动计划和工程技术领域Top期刊《ScienceChina Materials》(IF=8.640)发表研究论文,论文题目为“Rhodiumdecoratedstable platinum nickel nanowires for effective ethanol oxidation reaction”。海南大学2019级硕士研究生王谦为论文第一作者,邓培林讲师、康振烨教授和田新龙教授为共同通讯作者。
直接乙醇燃料电池(DEFCs)由于其原料乙醇具有能量密度高、无毒、来源广泛、易于储存等优点,正受到越来越多的关注。然而,目前广泛用于乙醇氧化反应(EOR)的催化剂是Pt基或Pd基材料,这些材料由于在催化过程中极易受到中间物的毒害而特别不稳定,严重限制了EOR效率。此外,EOR倾向于选择C2途径产生CH3CHO和CH3COOH,而理想的过程是完全氧化乙醇,即经过C1途径产生CO2。因此,研究具有突出的抗毒能力和高C-C键裂解能力的催化剂尤为重要。
田新龙教授团队提出一种简便的方法,通过在PtNi纳米线(NWs)中掺入Rh,成功制备了PtNiRh三金属纳米线,并将其用于EOR,在酸性溶液中表现出理想的活性和稳定性。与Pt/C和Pt6Ni2NWs/C相比,Pt6Ni2Rh3NWs/C催化剂的催化活性几乎提高了一倍,即使经过长期耐久性试验,其质量活性也是前两者的1.4倍和1.7倍。研究结果表明,其优越性能来自1D超细纳米线与Rh结合的优势。特别是,通过引入Rh,催化剂的CO耐受性大大增强,在相同的持续时间内,Pt6Ni2Rh3NWs/C产生的CO2量达到了最大化。DFT计算进一步证明,Rh的加入提高了EOR的C1途径选择性。这些数据表明,PtNiRh NWs具有良好的C-C键断裂能力,被认为是未来高效燃料电池的有前途的EOR电催化剂。
该工作得到了海南省科技专项基金(ZDYF2021GXJS207、ZDYF2020037、2020207)、国家自然科学基金(22109034、22109035、52164028、62105083)、海南省电化学储能与能量转换重点实验室开放基金(KFKT2021007)、南海海洋资源利用国家重点实验室基金(MRUKF2021029)资助。