随着全球对清洁能源的需求加剧，乙醇燃料电池（DEFC）引起了广泛关注。乙醇无需高压存储且可与现有的燃料设施兼容，能够作为传统化石燃料的替代品，减少碳排放。此外，乙醇还具有高能量密度和低毒性等优点，使其更适用于便捷安全的能源供应。然而，乙醇燃料电池所用铂（Pt）催化剂存在成本高和催化活性不足等问题。近日，皇家墨尔本理工大学Dan Yang博士等人提出了一种以液态金属镓（Ga）为基质的Pt-Ga纳米液滴催化剂，通过将少量Pt（0.50 wt% ）溶解在液态镓中后超声形成纳米颗粒，从而显著提高了Pt的质量活性。研究人员利用机器学习优化了电解质的成分，使得在低浓度碱性环境下，Pt-Ga催化剂质量活性达13.47 A mg⁻¹Pt，是传统Pt/C催化剂活性的14倍。研究还通过计算模拟揭示了Ga氧化物在催化过程中对Pt活性位点的稳定作用，有助于提升反应效率和稳定性。相关研究成果以“Liquid Metal Electrocatalyst with
Ultralow Pt Loading for Ethanol
Oxidation”为题发表在《Small Science》上。图2:Pt-Ga体系在乙醇氧化反应前的表面和元素分析：(a) Pt-Ga纳米液滴的扫描电子显微镜（SEM）图像。(b) 单个Pt-Ga纳米液滴的高倍显微镜图像。(c) Ga的2p区域的X射线光电子能谱（XPS）光谱。(d) Pt的4f区域的XPS光谱。(e-h) TEM的元素映射显示Ga、Pt和O的分布。![]()
图3:循环伏安测试数据：(a)
KOH浓度对电流的影响。(b) 乙醇浓度对电流的影响。(c,d)不同离子对峰电位和电流密度的影响。(e,f) ML模型优化后的SO4²⁻和K⁺浓度对峰电位和电流的影响。![]()
图4:在碱性介质中的乙醇电氧化性能：(a) 0.5 wt% Pt-Ga、Ga-C和商业Pt/C在0.03 M KOH和4 M乙醇溶液中的乙醇氧化反应（EOR）特异性活性。(b) Pt-Ga在第3和第200次循环之间的EOR性能对比。(c) 不同电压下Pt-Ga体系的CA分析对比。(d) 在0.1和0.3 V下循环2小时后的ICP-MS电解质分析。![]()
图5:Pt-Ga系统在乙醇氧化反应后的表面和元素分析：(a) Pt-Ga纳米液滴在碳电极上的SEM图像。(b-d) Ga、Pt和O的元素映射图。(e) Pt-Ga体系的Ga 2p XPS光谱。(f) Pt 4f的XPS光谱。![]()
图6：原子密度分布图（a)无扰动（上）和（b)电场为- 0.13 V Å−1的原子分布。（c)H从乙醇羟基直接转移到Pt将乙醇还原为乙醛。（d)H从乙醇羟基转移到表面氧物，使乙醇还原为乙醛。文章信息：Nazir, M.H. et al. (2024), Liquid Metal Electrocatalyst with Ultralow Pt Loading for Ethanol Oxidation. Small Sci. 2400370. https://doi.org/10.1002/smsc.202400370
