摘要：直接甲酸燃料电池(DFAFC)具有极高的安全性、高功率密度和能量效率，以及较高的电压，最近受到越来越多的关注。因此，阳极甲酸氧化反应(FAOR)催化剂的有效改进是提高DFAFC装置性能的关键。

直接甲酸燃料电池(DFAFC)具有极高的安全性、高功率密度和能量效率，以及较高的电压，最近受到越来越多的关注。因此，阳极甲酸氧化反应(FAOR)催化剂的有效改进是提高DFAFC装置性能的关键。

通常，铂(Pt)基纳米材料具有相对较高的活性和稳定性以及在酸性条件下较少的溶解，但纯Pt表面易CO中毒。在Pt基催化剂表面上，双通道(包括直接FAOR (DFAOR)和间接FAOR (IFAOR))作为FAOR的机理已被广泛接受。

DFAOR途径是指甲酸脱氢为CO2，而IFAOR途径通过脱水过程产生有毒的CO中间体，严重阻断催化剂的活性中心并阻碍进一步的反应过程。因此，开发合理的策略来改进Pt基阳极催化剂对于促进DFAFC技术的发展具有重要意义。

近日，厦门大学卜令正课题组制备了一类杂相纳米海参状催化剂，其同时具有稀土掺杂的面心立方Pt (fcc-Pt)和三角形Pt-Te (t-PtTe2)构型((RE-Pt)-PtTe2 HPNT)，用于高效FAOR和MEA催化。由于钇(Y)被确定为16种非放射性稀土元素中最有效的掺杂剂，详细的原子级结构分析表明，(Y-Pt)-PtTe2 HPNT中Y在表面上既表现为单位点，又表现为团簇。2023级博士研究生林昕为论文第一作者。

值得注意的是，与其他(RE-Pt)-PtTe2 HPNT/C、Pt-PtTe2 HPNT/C和商业Pt/C相比，优化的(Y-Pt)-PtTe2 HPNT/C在活性、稳定性、反应趋势和CO耐受性方面均表现优异。除了更好的DFAOR趋势和耐久性，(Y-Pt)-PtTe2 HPNT/C还表现出更高的质量活性(MA)和比活性(SA)，分别为6.4 A mgPt-1和5.4 mA cm-2，比Pt-PtTe2 HPNT/C和商业Pt/C高出2.8/2.8和49.2/25倍。

更重要的是，在单个DFAFC器件的要求条件下，(Y-Pt)-PtTe2 HPNT/C可以实现相当大的质量归一化功率密度(485.9 W gPt-1)和低Pt负载量(0.25 mgPt cm-2)，使MEA性能与商业Pt/C相比提高了近3.0倍。

XPS、原位FTIR和表观活化能评估的结果共同表明，由表面组成诱导的元素的有利价态以及Y掺杂的fcc-Pt和t-PtTe2构型之间的协同效应有效地提高了元素对有毒CO中间体的抗性和反应动力学。密度泛函理论(DFT)计算进一步揭示了Y的加入可以促进脱氢途径和C-H键的切割，加速HCOO*中间体向CO2的转变。特别地，O原子在Y位点上的特异性吸附促进了HCOO*中间体的吸附，从而参与了C-H键的断裂。

综上，该项工作着重阐述了选择性掺杂稀土原子对材料的异质结构和表面组成进行改性的重要意义，以及选择性掺杂稀土原子的适量形式和表面组成对实现高效FAOR和MEA催化反应的重要意义，推动了Pt基燃料电池阳极纳米材料的进一步发展。

Efficient direct formic acid electrocatalysis enabled by rare earth-doped platinum-tellurium heterostructures. Nature Communications, 2025. DOI: 10.1038/s41467-024-55612-0

卜令正，2017年6月博士毕业于苏州大学材料与化学化工学部，2017年9月至2020年10月在苏州大学材料与化学化工学部化学流动站开展博士后研究工作，2020年11月至2021年12月在厦门大学化学化工学院化学流动站开展博士后研究工作，2021年12月底以副教授身份入职厦门大学能源学院，同时入选了“2021年厦门大学南强青年拔尖人才支持计划-B类”。研究领域包括高效铂钯基燃料电池催化剂的结构与性能调控、国产化碳纸精准控制生产技术研发和燃料电池膜电极组装及器件性能研究等。独立主持国家自然科学基金-面上项目和中国博士后科学基金-特别资助项目各1项，以研究骨干身份参与国家重点研发计划纳米科技重点专项、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金-联合基金项目以及其它多项校级和省部级科研项目。以第一或通讯作者在Science、Nat. Commun.和JACS等国内外高水平期刊上发表SCI论文。

来源：华算科技