三单位联合Nano Lett.：Bi抑制甲醇氧化过程中CO中毒: 将CO的反应途径转换为甲酸盐途径

长期以来，直接甲醇燃料电池(DMFC)因其低温、高能量转换效率、环保和可持续的能源而被公认为便携式设备和车辆的理想电源。Pt基催化剂是甲醇阳极氧化的常用催化剂，但由于CO等表面吸附中间体的毒害作用，一般认为甲醇可以通过CO途径(CO_ad作为中间体)或甲酸途径(甲酸作为中间体)双通道机制氧化成CO₂。考虑到CO中毒的影响，通过抑制CO途径来提高催化剂的效率是可取的。

基于此，苏州大学张桥，陈金星、加拿大西安大略大学Tsun-Kong Sham(岑俊江)和西南民族大学阳耀月等设计了一种由PtBi表面合金和富Pt核组成的PtBi催化剂(Pt₉₂Bi₈)，实现了碱性甲醇电氧化过程中CO的完全抑制和甲酸生成的同步增强。

研究人员在含有1 M KOH和1 M CH₃OH的碱性溶液中对Pt₉₂Bi₈催化性能进行了评估。Pt₉₂Bi₈的质量活性为4694 mA mg⁻¹_cat，大约是Pt NPs(771 mA mg⁻¹_cat)的6倍；经过10000秒的耐久性测试后，Pt₉₂Bi₈保持1738 mA mg⁻¹_cat的质量活性，是初始值(3113 mA mg⁻¹_cat)的55.9%，而Pt NPs的质量活性为88 mA mg⁻¹_cat，只有初始值(541 mA mg⁻¹_cat)的16.2%。此外，耐久性测试后Pt₉₂Bi₈没有发生颗粒聚集，表明其结构稳定性良好。

一系列表征实验结果表明，Pt₉₂Bi₈中Bi的作用包括:1.合金诱导的电荷重分布热力学上削弱了CO_ad的吸附；2.富集的OH_ad物种与CO_ad竞争吸附位点，从而在动力学上降低了CO_ad的吸附；3.富集的OH_ad物种的存在满足了甲酸盐形成的前提条件。总体而言，这一概念可以推广到用微波辅助的方法改性商业Pt/C催化剂，这为设计在工业环境中和实际生产耐CO电催化剂提供了指导。

The Role of Bismuth in Suppressing the CO Poisoning in Alkaline Methanol Electrooxidation: Switching the Reaction from the CO to Formate Pathway. Nano Letters, 2023. DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04568