Angew. Chem. ：接力催化实现乙醇完全电氧化

乙醇燃料电池具有高体积能量密度（6.28 kW h·L^-1）、燃料加注时间短、安全系数高等特点，同时其所用燃料易制取、运输和储存，是一种具有广阔应用前景的能量转换装置。

然而乙醇氧化过程中C-C键离解能高（87.3 kcal/mol），即使在活性较高的Pt催化剂表面，其C1反应路径（产物为CO₂，转移12电子；C2路径产物为乙醛/乙酸，转移2/4电子）选择性也仅为7.5%，严重降低了燃料电池的能量密度输出。

近日，中国人民解放军空军勤务学院的陈腾博士、胡建强教授、南京大学的丁维平教授、中南大学的刘敏教授，设计了双位点催化剂Pt/Al₂O₃@TiAl，通过接力催化，实现了乙醇的完全电氧化。

通过3D打印、碱刻蚀、酸处理，制备了具有多孔结构的三维TiAl合金，在TiAl合金表面电沉积了花状Pt，然后将得到的Pt/TiAl暴露在空气中，TiAl合金表面未沉积Pt的部分会发生氧化，形成Pt/Al₂O₃@TiAl催化剂。

利用TiAl合金表面未沉积Pt部分形成的Al₂O₃对乙醇的脱水作用，先将乙醇脱水形成乙烯，由于C=C键在Pt催化剂表面的离解能低（6.4 kcal/mol），乙烯可在Pt表面完全氧化成CO₂。原位红外和原位质谱表征结果表明乙醇在Pt/Al₂O₃@TiAl催化剂表面氧化过程中无C2产物生成，C1反应路径的选择性为100%。

同时，在沉积Pt过程中，TiAl合金溶解的部分Al与Pt一起沉积，掺杂在Pt催化剂中。同步辐射和理论计算表明，掺杂的Al原子可调节Pt的电子结构，降低反应产物在Pt表面的吸附的能。TiAl合金表面形成的Al₂O₃会保护TiAl合金，提高了催化剂在酸性电解液中的稳定性。

该工作通过接力催化，为乙醇完全氧化提供了一种新策略。

论文信息

Accelerating Ethanol Complete Electrooxidation via Introducing Ethylene as the Precursor for the C−C Bond Splitting

Teng Chen,* Shen Xu, Taotao Zhao, Xiaohang Zhou, Jianqiang Hu,* Xin Xu, Chenjia Liang, Min Liu,* and Weiping Ding*

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202308057