构建用于乙醇氧化反应(EOR)的高效阳极电催化剂是推动直接乙醇燃料电池(DEFCs)广泛应用的关键。贵金属(如Pt和Pd)的碳负载纳米颗粒(NPs)是用于醇类氧化反应(AOR)的最广泛使用的商业催化剂。然而，贵金属催化剂不仅成本高，而且其催化性能和对有毒碳中间体(如CO)的耐受性在长期高效运行中并不理想。因此，合理构建和调控单一贵金属材料的表面微结构，对优化中间体的结合能力，进一步改善其催化特性，加速DEFCs的商业化应用具有重要意义。

近日，天津大学邓意达和陈亚楠等通过固态热冲击(TS)策略直接合成了锚定在碳基底上的具有丰富孪晶界(TB)和原子台阶(AS)的亚稳态Pd纳米粒子(NP)(TS-Pd/C)，该催化剂能够实现高效EOR。

结果表明，快速降温的非平衡制备条件会在Pd NPs中引入大量以TBs为主的晶体缺陷，这对提高催化剂在碱性环境中的EOR性能有显着影响。具体而言，在1.0 M KOH溶液中，TS-Pd/C在-0.5至-0.2 V vs. SCE的电压范围内的EOR电流密度约为3.22 mA cm^-2，质量活性高达1846 mA mg^-1。

此外，TS-Pd/C的CO氧化峰明显变宽并出现在比AT-Pd/C (-0.19 V)和商业Pd/C(-0.19 V)更负的电位(-0.20 V)，表明TS-Pd/C具有高的CO电氧化反应性以及良好的CO耐受性。

MD模拟表明，非平衡条件下的快速冷却主导了Pd NPs中孪晶的形成，并且粒径与TBs密度之间存在正相关。第一性原理计算表明，TBs在Pd NPs中的存在会引起局部内应力，从而导致CO和OH的最佳吸附位点分离，使Pd表面位点发挥各自的作用，协同促进EOR反应性。该研究揭示了以TBs为主的晶体缺陷对其性能的影响机制，也为亚稳态纳米材料的进一步开发和探索提供了指导。

Multiple Twin Boundary-Regulated Metastable Pd for Ethanol Oxidation Reaction. Advanced Energy Materials, 2022. DOI:10.1002/aenm.202103505