直接乙醇燃料电池(DEFCs)长期以来一直被认为是有前途的便携式能源生产设备。目前，关于提高DEFC效率的研究主要局限于铂(Pt)和钯(Pd)纳米材料，它们表现出良好的催化活性。乙醇氧化(EOR)涉及通过C-C键断裂转移12个电子，人们已经做出了广泛的努力以提高Pt/Pd基催化剂对EOR的催化效率。然而，Pt和Pd本身具有C-C键断裂效率低、氧亲和力低、对有毒中间体吸附能力强等特点，这促使人们开发不依赖于Pt和Pd的高性能EOR催化剂。在可能的替代品中，铑(Rh)在EOR过程中具有更强的C-C键断裂能力，但是目前对Rh基催化剂的结构/组成设计和催化机理的研究有限，因此其EOR性能仍然不理想。
近日，华中科技大学夏宝玉和陕西师范大学陈煜等合成了一种具有富含RhBi的晶态/富含RhCu的非晶态异质结构自支撑超薄RhCuBi三金属烯(RhCuBi TME)，该材料独特的结晶/非晶异质结构提供了大量高活性界面位点，表现出优异的EOR性能。实验结果表明，与商业Pt和Pd基准催化剂相比，RhCuBi TMEs对于EOR C1途径表现出高达43.3%的选择性，起始氧化电位分别减小130和150 mV，并且在0.68 VRHE时EOR质量活性分别增强2.6倍和3.5倍。此外，Rh固有的高氧亲和性和原位形成的Rh/Cu(OH)x/Bi(OH)y界面进一步增强了RhCuBi TEM的EOR稳定性。FTIR、原位ATR-IR和理论计算表明，乙醇在RhCuBi TMEs催化剂表面吸附作用增强和表面CH3CO*的氧化方向对提高EOR起决定性作用。RhBi合金，尤其是晶格拉伸的晶态/非晶态界面位点，有利于乙醇的吸附/活化和CH3CO*向C1途径的脱氢，进而加快了EOR反应动力学和增强反应活性。总的来说，RhCuBi TMEs材料优异的EOR性能和较高的电化学还原性能进一步突出了Rh基纳米材料在能源电催化和醇类燃料技术中的潜在应用前景。RhCuBi trimetallenes with composition segregation coupled crystalline-amorphous heterostructure toward ethanol electrooxidation. Advanced Energy Materials, 2024. DOI: 10.1002/aenm.202400112
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