黄小青/王宇成/刘伟/杨志卿Angew.：HEA HPs实现DFAFC中高效甲酸催化

2022年12月12日下午4:59 • 顶刊解读

高熵合金（HEAs）在设计先进纳米材料方面引起了广泛兴趣，但其精确控制仍处于起步阶段。

基于此，厦门大学黄小青教授和王宇成副教授、南京理工大学刘伟教授、中科院金属研究所杨志卿研究员（共同通讯作者）等人报道了一种PtBiPbNiCo六方纳米片（HEA HPs）作为高性能电催化剂。

HEA HPs对甲酸氧化反应（FAOR）的比活性和质量活性分别达到27.2 mA cm^-2和7.1 A mg_Pt^-1，是Pt基催化剂中最高的，可以实现燃料电池膜电极组件（MEA）功率密度（321.2 mW cm^-2）。

黄小青/王宇成/刘伟/杨志卿Angew.：HEA HPs实现DFAFC中高效甲酸催化

DFT计算，比较了FAOR在三种基底上的脱氢或脱水途径的热化学反应力。以能量最低的优化结构为基础，得到对应的中间体（HCOO*、COOH*和CO*）和自由能分布。

FAOR活性主要来源于两个脱氢步骤（HCOOH→HCOO*和HCOOH→COOH*）的直接氧化途径，而受限于通过脱水步骤（HCOOH→CO*）的间接氧化途径。Pt/C的吉布斯自由能图表明，由于CO*在表面的结合比CO₂更强，导致Pt/C上的FAOR活性较低，脱水途径是能量有利的。

此外，HCOO*和COOH*的吉布斯自由能在直接氧化途径的整体FAOR动力学中起着重要的控制作用。第一个脱氢步骤是PtPb HPs/C的速率决定步骤，而HEA HPs/C不存在速率决定步骤，因为脱氢步骤（HCOOH→HCOO*和COOH*）都是放热反应。

两个脱氢步骤在HEA HPs/C表面呈下降趋势，表明两个脱氢步骤反应容易，FAOR性能优越。HEA HPs对FAOR的高活性可以归因于对脱水途径的抑制和对两个脱氢步骤的优化，受益于熵增加和晶格畸变效应。

Medium/High-Entropy Amalgamated Core/Shell Nanoplate Achieves Efficient Formic Acid Catalysis for Direct Formic Acid Fuel Cell. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202213783.

https://doi.org/10.1002/anie.202213783.

黄小青/王宇成/刘伟/杨志卿Angew.：HEA HPs实现DFAFC中高效甲酸催化

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