阳耀月教授课题组JMCA：碱性介质中RhBi-Bi2O3表面实现高效乙醇电氧化

第一作者：刘悦

通讯作者：阳耀月*

单位：西南民族大学

乙醇电氧化反应（EOR）既可以作为直接乙醇燃料电池（DEFCs）的阳极半反应，又可以作为生物质分子电化学转化为增值化学品的模型反应，由此引起了广泛的关注。作为商业化Pd和Pt基催化剂的有前途的替代品，Rh基催化剂在乙醇氧化反应（EOR）中得到大量关注与开发。

然而，Rh基催化剂目前只能展现出有限的EOR活性，这使得Rh基催化剂在直接乙醇燃料电池（DEFCs）中无法实际应用。基于此，阳耀月教授课题组提出合金化与构建亲氧组分（即金属氧化物或氢氧化物）相结合的策略协同提高阳极EOR催化性能。此项工作可为EOR电催化剂的创制提供新的范例。

图1.机理示意图。

基于此，西南民族大学阳耀月教授课题组在国际知名期刊Journal of Materials Chemistry A上发表题为“Boosting ethanol electrooxidation at RhBi alloy and Bi₂O₃ composite surfaces in alkaline media”的研究文章。

该工作以Langmuir-Hinshelwood机理为指导，设计了RhBi合金和Bi₂O₃共存的复合催化剂（RhBi-Bi₂O₃），以同时达到削弱强中间体吸附以及富集含氧物种的效果，大幅提升乙醇电氧化活性至5000 mA mg^-1 Rh，分别比单金属Rh/C催化剂和Pd/C-JM高约80倍和2.5倍。

文章通过简单的浸渍还原法合成了“RhBi-Bi₂O₃”复合催化剂。XRD图像表明催化剂以RhBi合金、Rh及Bi₂O₃三种物相组成。XPS图像表明RhBi合金中Rh0与Bi0存在电子相互作用。具体地，Rh0相对于单金属Rh的3d能级轨道正向移动，Bi0相对于单金属Bi的4f能级轨道负向移动，这表明了RhBi-Bi₂O₃表面d带中心发生下移，其可降低毒性中间体在催化剂表面的吸附能。

图2. （a）RhBi-Bi₂O₃催化剂合成示意图；（b）XRD图谱（c-d）XPS图谱。

要点二：高效乙醇电氧化（EOR）性能

RhBi-Bi₂O₃催化剂表面的EOR峰值电流高达约5000 mA mg^-1 Rh，分别比单金属Rh/C催化剂和Pd/C-JM高约80倍和2.5倍，展示出了优异的EOR催化活性。同时，RhBi-Bi₂O₃催化剂也表现出比Rh/C低160mV的起始电位以及优异的电化学稳定性。另外，Tafel斜率以及EIS均较于Rh/C得到明显提高。

图3. 电化学数据图。（a-c）循环伏安图；（d）计时电流图；（e）塔菲尔斜率图；（f）电化学阻抗谱。

要点三：EOR性能增强机理

Bi原子加入可削弱COad表面吸附。CO-stripping实验结果表明，COad可以很容易吸附在Rh/C表面，而只有微量的COad可以吸附在RhBi-Bi₂O₃的表面，换句话说，表面毒性中间物在RhBi-Bi₂O₃表面的吸附被削弱了，其可能的原因是Bi原子的加入使得下移d带中心，削弱了COad在催化剂表面的吸附。

图4. CO-stripping图。

图5. 原位ATR-SEIRA谱图。

“Boosting ethanol electrooxidation at RhBi alloy and Bi₂O₃ composite surfaces in alkaline media”

阳耀月教授简介：复旦大学理学博士，新加坡南洋理工大学访问学者，入选国家民委中青年英才，《电化学》青年编委。主要研究兴趣为能源转化与存储界面的基础和应用研究，以机制厘清和材料设计来协同解决表界面电化学问题。

迄今主持国家级项目2项、省部级项目2项，已在Nature Catalysis, Joule, Angewandte Chemie, ACS Catalysis, Applied Catalysis B: Environmental, Langmuir, The Journal of Physical Chemistry Letters, Small等国际主流SCI期刊发表论文40余篇；授权国家发明专利3项；参与编写《电催化》系列丛书两章。

课题组微信公众号：电化学能源储存与转化课题组

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