摘要：CO中毒是制约开发用于甲醇氧化反应(MOR)的高效、耐用电催化剂的主要瓶颈。迄今为止，已经尝试了各种方法来修饰Pt基材料以提高催化性能和CO耐受性。然而，大多数报道表明，Pt基材料很难实现活性和稳定性的平衡。探索更具成本效益和持久性的非Pt MOR电催化剂，将

CO中毒是制约开发用于甲醇氧化反应(MOR)的高效、耐用电催化剂的主要瓶颈。迄今为止，已经尝试了各种方法来修饰Pt基材料以提高催化性能和CO耐受性。然而，大多数报道表明，Pt基材料很难实现活性和稳定性的平衡。探索更具成本效益和持久性的非Pt MOR电催化剂，将在构建性能优良和实用的直接甲醇燃料电池(DMFC)方面发挥关键作用。氧化还原条件下金属纳米颗粒与金属氧化物载体之间能够产生强烈的金属-载体相互作用效应。

更重要的是，强耦合的金属-金属氧化物异质结界面能够以独特的方式同时调谐电子结构，从而形成丰富和高度活跃的界面区。然而，在金属-金属氧化物异质结构催化剂中，界面互穿效应很少被研究。在这种情况下，设计一种性价比更高的界面工程Pd基异质结构对于构建高性能的MOR催化剂具有重要意义。

近日，中国科学院化学研究所李玉良、何峰和惠兰等报道了利用界面电子结构来驱动异质结构催化剂的效能。具体而言，研究人员构建了由Pd纳米粒子和无定形Cu2O纳米粒子组成的异质结构，并通过Cl与sp-C的键合将其锚定在石墨烯上(Pd/Cu2O/Cl-GDY)。

实验结果表明，在1.0 M KOH +1.0 M CH3OH溶液中，Pd/Cu2O/Cl-GDY催化剂表现出较高的质量活性(4.0 A mgPd-1)和MOR电流密度(215.8 mA cm-2)，分别是10% Pd/C催化剂的80.0倍和154.1倍。此外，催化剂在经过30000次循环后，对MOR仍表现出优异的稳定性，没有明显的质量活性衰减。

系统的表征和理论计算表明，Pd/Cu2O/Cl-GDY中强的界面相互作用和良好的界面结构对于提高碱性MOR电催化性能起着至关重要的作用。Pd纳米粒子的价带被Cu2O中过剩的电子填充，导致CO在低电位下发生电氧化；Pd纳米颗粒与Cu2O的界面相互作用促进了Cu2O与金属Pd之间的有效电子转移，这对调节Pd的d带中心和促进CO的电氧化起着关键作用。此外，Pd渗透效应调节的Cu-O-Pd键极大地提高了MOR的催化活性和稳定性。

总的来说，该项研究证实金属与金属氧化物之间独特的互穿界面可以有效地调节异质结构的反应活性，为设计有效的催化剂在MOR领域及其他领域的应用提供了新的途径。

The interfacial interpenetration effect for controlled reaction stability of palladium catalysts. Journal of the American Chemical Society, 2024. DOI: 10.1021/jacs.4c11234

李玉良，1949年10月生于山东省青岛市，中国科学院化学研究所研究员，2015年12月当选为中国科学院院士。1975年北京化工学院毕业到化学所工作。2002年、2005年和2014年三次获得国家自然科学二等奖，两次获北京市科学技术奖(自然科学)一等奖和中国科学院自然科学二等奖一次。是首届全国创新争先奖获得者，2017年获何梁何利科学与技术进步奖。研究领域为碳基和富碳分子基材料定向、多维、大尺寸聚集态结构和异质结构自组织生长、自组装方法学以及在能源、催化和光电等领域的应用。至今已在Nat. Chem．、Nat. Commun.、Acc. Chem. Res.、Chem.、Soc. Rev.、JACS、Angew.、AM和PNAS等国际权威学术杂志上发表SCI收录论文。

来源：华算科技