第一作者：Jiufeng Ruan

通讯作者：Yaping Chen, Shi Xue Dou, Wenping Sun

通讯单位：浙江大学, 伍伦贡大学

研究内容：

开发高效、耐CO中毒的铂基甲醇氧化催化剂是开发直接甲醇燃料电池的关键。在本文中，引入钴单原子来提高N掺杂碳负载的Pt (N-C/Pt)在甲醇氧化反应中的电催化性能。Co单原子被认为在加速一氧化碳向二氧化碳的迅速氧化中发挥了关键作用，并最大限度地减少了一氧化碳对相邻Pt活性位点的阻塞。得益于Co单原子、Pt纳米粒子和N掺杂碳载体之间的协同效应，与N-C/Pt和商业Pt/C电催化剂相比，钴改性的N-C/Pt（Co-N-C/Pt）电催化剂同时具有令人印象深刻的电催化活性和耐久性，并具有较低的起始电位和极好的抗CO中毒能力。

要点一：

将铂与3d过渡金属（特别是镍和钴）的氢氧化物或氧化物结合，被证明是提高MOR动力学和耐久性的有效策略。这些过渡金属氢氧化物或氧化物不仅可以调整铂活性中心的电子状态，优化内在活性，而且还可以促进H₂O分子的解离，从而形成OH_ad物种。然而，其复杂的结构和配位化学使难以揭示其催化机理和建立准确的结构-活性关系。此外，不足的导电性限制了这些氢氧化物或氧化物作为理想的催化剂载体的应用。

要点二：

本文中，作者建议开发亲氧性Co单原子功能化碳作为多功能电催化剂载体，以解决MOR的催化活性和耐久性问题。作者设计了一种将铂纳米颗粒(NPs)锚定在Co单原子功能化N掺杂碳载体(Co-N- C)上的异质结构电催化剂(Co-N-C/Pt)，以实现快速、持久的MOR。钴单原子的加入对CO中间产物的氧化去除非常有利，使相邻Pt位点的中毒效应降到最低。此外，由Co-N-C载体引起的Pt活性位点的电子结构调控，有利于CO中间产物的解吸，进一步提高CO的耐受性。在多种成分的协同作用下，Co-N-C/Pt催化剂显示出优异的MOR活性和耐久性，超过了商业化的Pt/C。

图1. a) Co-N-C-100的HAADF-STEM图像。b,c) Co-N-C-100/Pt的TEM图像。h) Co-N-C-100/Pt和i) Co-N-C-100的Ni k边的k³加权EXAFS信号的小波变换图。

图2. Pt/C、N-C/Pt和Co-N-C-x/Pt（x=50、100和300）的a）LSV曲线 b）MA和SA。c) Co-N-C-100/Pt和d) Pt/C的CA曲线。e) Co-N-C-100/Pt和f) Pt/C在CA测试前后的CV曲线。

图3. a）单原子Co和相邻Pt位点之间协同催化的示意图。b) Co-N-C-100/Pt, c) N-C/Pt, 和 d) Pt/C的CO剥离CV曲线。

参考文献：

Ruan, J., Chen, Y., Zhao, G., Li, P., Zhang, B., Jiang, Y., Ma, T., Pan, H., Dou, S. X., Sun, W., Cobalt Single Atoms Enabling Efficient Methanol Oxidation Reaction on Platinum Anchored on Nitrogen-Doped Carbon. Small 2022, 2107067. 

https://doi.org/10.1002/smll.202107067.