燃料电池作为一种将化学能直接转化为电能的装置，具有高效、环保等优点，被认为是未来能源转换的重要技术之一。直接甲酸燃料电池因其安全性高、功率密度适中、能量效率高以及高电动势等优点，被认为是燃料电池技术中的有力竞争者。然而，其性能提升在很大程度上依赖于高效的催化剂，开发高性能的铂基纳米材料仍然是一个艰巨而紧迫的挑战。

近日，我院卜令正副教授、郑志锋教授团队在直接甲酸燃料电池催化剂研究中取得新进展，相关成果以 “Efficient direct formic acid electrocatalysis enabled by rare earth-doped platinum-tellurium heterostructures” 为题发表在国际顶级期刊Nature Communications上。

该研究通过掺杂16种稀土元素，成功制备出一系列具有异质结构的铂碲基海参状纳米催化剂，并实现了其高效甲酸电催化应用。其中，钇元素掺杂的铂碲催化剂在甲酸氧化反应中表现最佳，其质量活性和面积活性分别比商业铂碳催化剂高出49.2倍和25.7倍。同时，该催化剂在直接甲酸燃料电池膜电极中的归一化功率密度达到了485.9 W gPt−1，是商业铂碳催化剂的3倍。此外，研究人员利用密度泛函理论计算进一步揭示了稀土元素掺杂对催化剂性能提升的机制。结果显示，钇掺杂能够增强HCOO*中间体的吸附能力，并抑制CO中间体的形成，从而促进甲酸氧化反应的动力学过程。

厦门大学能源学院为该工作第一完成单位，我院2023级博士研究生林昕为论文第一作者，卜令正副教授为论文通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金（22275152、U21A20327）和厦门大学南强青年拔尖人才支持计划的资助。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55612-0

（图/文 储能学系）