直接甲醇燃料電池（DMFC）因其能量密度高，運輸、儲存方便，污染小等優(yōu)點受到廣泛關(guān)注。但是DMFC大量使用Pt基催化劑使其價格高昂，同時Pt易受到甲醇氧化反應(yīng)中間體（尤其是CO）的中毒而失活，從而嚴重限制了DMFC的商業(yè)化進展。在已有的提高Pt基催化劑活性和抗中毒能力，制取低成本和高穩(wěn)定性的Pt基催化劑的策略中，設(shè)計構(gòu)筑合適的催化劑載體是一種最容易在不改變現(xiàn)有催化劑生產(chǎn)技術(shù)上，簡單有效實現(xiàn)規(guī)模化DMFC生產(chǎn)的方法。為此，國內(nèi)外研究者在不斷開發(fā)各種先進載體以獲得優(yōu)異性能。
近日，中國科學院山西煤炭化學研究所童希立科研團隊在長期碳化硅研究基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)通過納米碳化硅載體支持，可以明顯減少Pt的使用量并保持活性（是商用Pt/C催化劑3倍以上），同時提高了其抗CO中毒能力（圖1）。具體過程是采用CCl4干法腐蝕SiC表面的Si原子，在SiC表面原位生成一層超薄碳，碳層的厚度通過腐蝕時間得到調(diào)控。該材料支持Pt催化劑，表現(xiàn)出優(yōu)異的催化甲醇氧化（MOR）性能，同時發(fā)現(xiàn)隨著碳層的增厚，催化劑氧化甲醇的性能隨之明顯提高，抗CO中毒能力和穩(wěn)定性等也得到大大改善。DFT計算研究其反應(yīng)機理表明（圖2），隨著表面碳層的增厚，催化劑Pt上CO的吸附能明顯減小，減緩了催化劑CO中毒現(xiàn)象；同時OH的吸附能增大，促進了Pt表面吸附的甲醇分子的氧化，使獲得得到顯著提高。
該研究得到國家自然科學基金等的資助與支持。相關(guān)工作以主封面形式發(fā)表在Small雜志（DOI：10.1002/smll.201902951）。
圖1 商業(yè)Pt/C、Pt/SiC和Pt/SiC-C的(a) 循環(huán)伏安圖和 (b)抗CO溶出圖
圖2 碳化硅基體上Pt顆粒在不同厚度碳層上甲醇氧化機理示意圖
