注：文末有本文作者科研思路分析
目前，甲醇燃料电池中最常用的催化剂是商业Pt/C催化剂。然而，Pt作为一种贵金属存量较少、价格高昂，实际使用中稳定性较差。因此，开发成本较低、高活性、高稳定性的甲醇燃料电池催化剂成为研究重点。最近，武汉理工大学的木士春教授、何大平教授和唐浩林教授（共同通讯作者）课题组通过Stranski Krastanov生长和电偶置换的方法，合成了一种具有优异甲醇氧化性能六足状形貌的PtRuCu合金催化剂。
相比于非贵金属，Pt及其合金目前仍然是性能最优的甲醇氧化催化剂。为了进一步降低贵金属Pt的用量，Pt和其它金属（如Fe、Co、Ni、Cu）形成合金一直是提高Pt基催化剂活性、降低成本的热点课题。然而，Pt基三元合金材料在甲醇燃料电池上的应用还鲜有进展。
武汉理工大学的研究团队采用油胺、一氧化碳、葡萄糖共还原的方法，CTAB作为表面活性剂，通过基于Stranski Krastanov生长和电偶置换的简便方法成功地制备了六足PtRuCu合金纳米晶，并作为直接甲醇燃料电池（DFMCs）的高效催化剂。他们利用有机溶剂还原法合成了直径约为28 nm左右的具有六足状形貌的PtRuCu合金。研究表明，在甲醇氧化过程中，三元合金的Ru可以形成Ru（OH-）以促进吸附在催化活性点上CO的氧化剥离，而合金化的Cu可以通过配位效应改变d带，优化Pt表面的电子结构。
电化学测试发现，这种三元合金的PtRuCu/C催化剂在进行甲醇氧化反应催化时质量活性为1.35 A•mg Pt-1，比活性为3.92 mA•cm-2，分别比商业Pt/C（0.36 A•mg Pt-1和0.48 mA•cm-2）高3.8倍和8.2倍。在800圈CV循环后，甲醇氧化反应活性降低为27%（商业Pt/C为60%），表明PtRuCu催化剂具有优异的稳定性。
这一成果近期发表在ACS Catalysis上，文章的第一作者是武汉理工大学的硕士研究生薛盛峰、王春雅与英国巴斯大学邓文韬博士。
该论文作者为：Shengfeng Xue, Wentao Deng, Fang Yang, Jinlong Yang, Ibrahim Saana Amiinu, Daping He, Haolin Tang and Shichun Mu
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Hexapod PtRuCu Nanocrystalline Alloy for Highly Efficient and Stable Methanol Oxidation
ACS Catal., 2018, DOI: 10.1021/acscatal.8b00366
导师介绍
木士春
http://www.x-mol.com/university/faculty/47822
科研思路分析
Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？
A：如上所述，Pt基合金催化剂的研发有望解决当前甲醇燃料电池的催化剂成本与寿命问题。在以往的报道中，金属Ru在甲醇氧化过程中能够形成Ru（OH-），在较低电位下与甲醇氧化过程中生成的CO反应，从而促进CO在催化剂表面的氧化剥离；而加入过渡金属，可以优化Pt表面电子结构，并进一步降低贵金属Pt的用量。因此该工作的目的是开发一种有利于甲醇氧化的三元合金体系，同时探究合金中各金属对催化的协同效应。
Q：研究过程中遇到哪些挑战？
A：该项研究中最大的挑战是三元合金的可控生长过程，通过引入合适的表面活性剂控制三元纳米晶的定向生长。在这个过程中，我们团队在金属纳米晶形貌调控方面的经验积累起到了至关重要的作用。另外一个关键的挑战是选择有利于甲醇氧化的金属组合，这一方面来源于我们对甲醇氧化反应机理方面多年的研究积累。
Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？
A：该研究成果不仅有助于推动甲醇燃料电池的实际应用进程，还可为相关电催化反应的催化剂制备提供理论上的指导。
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