中科大葛君杰教授&李震宇教授：颠覆传统认知！硫竟成燃料电池抗毒 “利器”？

第一作者：汤梅检，王佳志

通讯作者：葛君杰*，李震宇*，王显*

单位：中国科学技术大学

质子交换膜燃料电池因高效清洁被视为未来能源核心，但两大难题制约其商业化：（1）催化剂毒化：阳极铂（Pt）基催化剂易被燃料中的CO和硫物种毒化；（2）高纯氢依赖：现行标准要求燃料中 CO≤0.2 ppm、H₂S≤4 ppb。这使得氢燃料成本飙升至粗氢的3-4倍，严重阻碍了燃料电池的推广。

基于此，中国科学技术大学葛君杰和李震宇在国际知名期刊Applied Catalysis B: Environment and Energy上发表题为“Sulfur-Driven Promotion of CO Tolerance in PEMFCs”的论文。该论文报道了突破性发现：硫可从“毒化剂”变为 “促进剂”。通过设计Pt-S₄局部配位结构（Pt_xS_y-C 催化剂），不仅实现CO高效氧化，更在含100 ppm CO的燃料电池中使功率密度提升 2.2 倍，为低成本、耐杂质的燃料电池开发开辟新路径。

图1.S促进抗CO毒化的机制示意图。

1 亚纳米铂簇锚定：通过软酸碱作用将Pt以0.3-1.0nm亚纳米簇均匀负载于硫掺杂碳载体，形成Pt-S₄四面体配位单元。

图2. Pt_xS_y-C 催化剂的形成以及结构特征

要点二：双重抗毒机制：弱吸附+强活化

CO吸附削弱：原位红外（CO-DRIFTS）显示，Pt_xS_y-C表面CO仅以线性弱吸附存在（振动频率 2065 cm⁻¹），而传统Pt/C中CO以强键桥连（1945 cm⁻¹），难以脱附。

图3. 原位光谱解析S促进Pt抗CO毒化的机制

要点三. 实验验证：从基础性能到燃料电池实测

CO氧化性能：Pt_xS_y-C的CO氧化起始电位0.25 V vs. RHE，为迄今Pt基催化剂最优；在线质谱显示，0.5 V时 CO₂生成速率达峰值，而Pt/C几乎无反应。

图4. Pt_xS_y-C催化剂的抗毒化性能验证

Sulfur-Driven Promotion of CO Tolerance in PEMFCs

葛君杰教授简介：中国科学技术大学教授，博士生导师，教育部青年长江学者，英国皇家化学会会士，中国科学院高层次人才计划研究员。研究兴趣为氢能源与燃料电池，主持国家重点研发计划青年项目、国家自然科学基金联合基金重点项目等。近年成果发表在Chem. Soc. Rev., PNAS，J. Am. Chem. Soc., Joule, Nature Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Energy. Environ. Sci.等期刊发表SCI>80篇，多篇被选为高被引论文。获省部级奖励两次，20多次受邀参加国内外学术会议做邀请报告或担任分会主席等，担任《应用化学》、《Frontiers in Chemistry》编委，《Nano Research》、《Chinese Chemical Letters》、《Chemcial Synthesis》青年编委，任“International Academy of Electrochemical Energy Science”理事、IEEE电力与能源协会中国区储能技术委员会常务理事等。