本网讯 近日，我校化学化工学院（功能晶态材料化学江西省重点实验室）朱丽华教授课题组在能源催化领域取得重要突破，成果在国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》以“Methanol enhanced low-cell-voltage hydrogen generation at industrial-grade current density by triadic active sites of Pt1–Pdn–(Ni,Co)(OH)x”为题发表论文，江西理工大学为论文第一完成单位，我校2018级硕士生裴安为论文第一作者，中国科学院福建物质结构研究所解瑞宽博士、我校朱丽华教授为论文共同一作，我校朱丽华教授、中国科学院福建物质结构研究所柴国良研究员、暨南大学高庆生教授、香港大学郭正晓教授为共同通讯作者。台湾同步辐射中心包志文博士、厦门大学叶进裕博士、广东佛山季华实验室杨志卿研究员等人也参与了该工作。
图1.论文标题及作者等信息
图2.HER及MOR反应步骤
氢能作为绿色能源具有重要的应用前景，但存在储存和运输问题，甲醇（ME）作为储氢载体，是现场按需制氢的理想选择，可避免高成本和风险较大的输运问题。传统的甲醇（蒸汽）重整制氢反应需高温和高压，且通常会产生CO、HCOOH和未反应的甲醇蒸汽等杂质，且难以去除，易毒化催化剂。即便采用热重整器，其净热效率较低，尽管甲醇转化率超过99%，但残余CO的含量仍较高。此外，氢气的进一步纯化过程既困难又昂贵，因此，亟需开发一种低成本高效的重整方法。甲醇电化学耦合制氢可实现常温常压下的氢气析出，但这种“ME-to-H2”的电转化至今受到高电压（高能耗）和竞争性析氧反应的影响。近年来，开发低电压、高效率的MOR与HER耦合的新型电催化剂成为解决该问题的关键。
电解水析氢（HER）与甲醇电催化氧化反应（MOR）均为多步反应，设计含多种活性位点的催化剂，利用不同活性位之间的协同效应，有望实现不同反应物（或中间体或反应步骤）与活性位的精准匹配，从而提高催化剂活性和选择性。通常，Pt单原子催化剂表现出优异的HER活性。Pd基催化剂在电催化氧化反应中活性较好，且具有较强的抗CO中毒能力。Pt与Pd的有机组合有望提高催化剂的MOR和HER性能。而Pt或Pd单一表面对水分子的吸附与活化能力较差，且Pt/Pd-H*的键合较强，其HER活性有待提高。因此，构建强的“酸碱分离微环境”以促进极性分子（如水）的电化学分解，成为提高催化性能的有效途径。非贵金属氢氧化物易形成表面OH缺陷，可高效且选择性吸附与活化水分子。
鉴于此，本文提出了一种高效、稳定且具有协同效应的“三活性位点”催化剂（TS催化剂，记作Pt1Pdn/(Ni,Co)(OH)x/C）。Pt单原子与Pd纳米团簇负载于镍钴氢氧化物(Ni,Co)(OH)x表面，成功实现了三位点协同催化（具体协同机理见论文）。TS催化剂不仅有效增强了MOR的选择性，特别是促进了*CHOOH路径，从而抑制了CO中毒，还可在HER中形成较好的“酸碱分离微环境”，提高其对水的吸附和分解效率。该催化剂具有优异的MOR、HER及[MOR||HER]性能。
朱丽华教授课题组长期从事多相催化、电催化及稀土催化的研究，相关研究成果发表于J.Am.Chem.Soc.、Energy & Environ.Sci.、Adv.Energy Mater.、Adv.Funct.Mater.、ACS Catal.、Appl. Catal. B、J.Catal.、Chem. Eng. J.、Small、J.Energy Chem.、Green Chem.等期刊，授权发明专利5项。
据悉，以上工作得到了国家自然科学基金、江西省杰青、江西省高层次人才计划、江西省青年井冈学者奖励计划、功能晶态材料化学江西省重点实验室等各类项目的支持。
文、图/裴安
一审/朱丽华
二审/陈琰
三审/ 夏李斌、刘遂军
