近期，南京大学丁维平教授团队报道了一种Pt/SiC-Ni催化剂，该催化剂在基于质子交换膜体系的直接甲醇燃料电池（DMFC）中表现出优异的性能，全电池最大功率达1.12 kW gPt-1。Ni掺杂的SiC载体与表面Pt NPs的相互配合是DMFC具有高功率和稳定性的关键。电化学原位质谱和TGA-MS表明，与传统Pt/C相比，Pt/SiC-Ni的载体腐蚀电位显著提高，这是提高耐久性的另一个关键因素。
背景介绍：
碳化硅作为下一代重要的半导体材料，因其具有高温耐受性、抗腐蚀性、热稳定性、高强度、耐磨损性以及辐射抗性等优点，广泛应用于各个领域。然而，由于大多数碳化硅材料是在高于1000 °C的温度下制备的，这些材料通常具有较低的比表面积和较差的内在导电性，因此在电催化领域的应用具有很大局限。在传统导电炭黑为载体的燃料电池催化剂中，启停和燃料短缺工况下的碳腐蚀问题严重影响了催化剂稳定性。引入碳化硅这种更为稳定且金属载体相互作用更强的载体，是提高燃料电池催化剂反应活性和稳定性的一个独特思路。
本文亮点：
1、800 oC下以NiSi2合金为前驱体利用催化沉积策略合成比表面积达410 g m-2的导电碳化硅，其具有半开放的球壳结构。
2、Pt/SiC-Ni载体腐蚀电位达1.21 V (vs RHE)，远超燃料电池阳极的实际工作电位。
3、受到载体的调节作用，MOR过程中Pt NPs氧化CO*中间体的能力显著提高，半开放的球壳结构加速了膜电极中的甲醇传质。
图1. SiC-Ni的结构表征
图2. SiC-Ni导电性及电催化潜能探索
图3. Pt/SiC-Ni作为DMFC阳极催化剂的活性与稳定性测试
图4. Pt/SiC-Ni催化剂阳极MOR过程机理探究
总结与展望：
本工作以NiSi2合金为前驱体利用催化沉积策略合成了导电碳化硅，并展现了金属微量掺杂的碳化硅作为电催化剂新型载体的潜力。碳化硅的耐腐蚀能力和更强的金属载体相互作用是其作为催化剂载体的独特优势。上述发现为设计更高效、更稳定的DMFC电催化剂提供了新的思路，同时也为碳化硅在电催化领域更广泛的应用提供了可能。
文章详情：
Chenjia Liang†, Ruiyao Zhao†, Xiaoxia Hou†, Jun Yao, Liwen Wang, Teng Chen, Yingxuan Zhao, Taotao Zhao, Jie Yang, Rurong Liu, Xianghao Wang, Xiangke Guo, Nianhua Xue, Luming Peng, Tao Wang, Xuefeng Guo, Xiaomei Zhao*, Yan Zhu and Weiping Ding*
Cite this: CCS Chem. 2024, Just Published. DOI: 10.31635/ccschem.024.202404344
文章链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.024.202404344
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