Pt基材料具有优异的表面氢结合能(HBE)，是酸性介质中阳极氢氧化反应(HOR)常用的材料。然而，这些催化剂容易受到CO毒害，减少了它们的电催化活性。这种中毒作用是由于Pt优先吸附CO，占据表面活性位点，阻碍H2的吸附/氧化。
应对这一挑战需要开发在CO氧化中具有活性的催化剂，同时在减少Pt用量的同时提高Pt的利用率也是目前的研究重点。过渡金属间隙化合物(TMICs)表现出类似Pt的性质，具有丰富的表面活性位点和显着的化学稳定性，表明它们具有作为增强反应速率和选择性的助催化剂的潜力。
值得注意的是，氮化钨(WN)在Fischer–Tropsch合成过程中表现出对CO的高选择性吸附。以往的研究表明，将Pt纳米颗粒与小尺寸WN或WC结合，可以提高TMICs的氧化电流密度。然而，这背后的确切机制仍然没有得到充分的探索。
近日，黑龙江大学付宏刚、王蕾、南洋理工大学陈晓东和厦门大学王宇成等首先利用理论计算证明氮化钨(WN)可以合理地调节Pt的电子结构。这种调节优化了氢的吸附，显著提高了HOR活性，同时削弱了CO的吸附，显著提高了对CO中毒的抵抗力。
通过合理的设计和预筛选，合成了一种在小尺寸WN/还原石墨氧化物上负载低含量Pt(1.4 wt%)的高效催化剂(Pt@WN/rGO)。Operando同步辐射分析显示，WN调节了电化学反应过程中Pt的电子状态，优化了氢的吸附/解吸动力学。与Pt/rGO相比，Pt@WN/rGO上CO氧化峰电位较低，说明WN减弱了CO的竞争吸附，提高了Pt上氢吸附位点的可利用性，加速了HOR活性，提高抗中毒效果。
因此，在0.1 M H2饱和的HClO4电解质中，Pt@WN/rGO催化剂的最高电流密度为3.14 mA cm-2，半波电位为13 mV，在50 mV下的质量活性高达3060 A gPt-1。同时，该催化剂在−0.1至0.4 V电压范围内进行25000次CV循环后，电流密度仅降低0.36 mA cm-2；在50 mV过电位下连续测试20小时后，仍然可以维持初始电流密度的98.1%，证明了Pt@WN/rGO的优异稳定性。
重要的是，以Pt@WN/rGO为阳极组装的质子交换膜燃料电池，在0.483 V下的电流密度为3 A cm-2，功率密度高达1.442 W cm-2，并且还能够抵抗CO中毒。综上，该项工作为低Pt负载型电催化剂的开发提供了一个新的策略，有助于推动质子交换膜燃料电池(PEMFC)的发展。
Unlocking superior hydrogen oxidation and CO poisoning resistance on Pt enabled by tungsten nitride-mediated electronic modulation. Journal of the American Chemical Society, 2024. DOI: 10.1021/jacs.4c12720
