近日，功能晶态材料化学江西省重点实验室朱丽华教授课题组在能源催化领域取得重要突破，成果在国际顶级期刊《Journal of the American Chemical Society》以“Methanol enhanced low-cell-voltage hydrogen generation at industrial-grade current density by triadic active sites of Pt₁–Pd_n–(Ni,Co)(OH)_x”为题发表论文，江西理工大学为论文第一完成单位，我校2018级硕士生裴安为论文第一作者，中国科学院福建物质结构研究所解瑞宽博士、我校朱丽华教授为论文共同一作，我校朱丽华教授、中国科学院福建物质结构研究所柴国良研究员、暨南大学高庆生教授、香港大学郭正晓教授为共同通讯作者。台湾同步辐射中心包志文博士、厦门大学叶进裕博士、广东佛山季华实验室杨志卿研究员等人也参与了该工作。                                

图 1. 论文标题及作者等信息

图 2. HER及MOR反应步骤

   氢能作为绿色能源具有重要的应用前景，但存在储存和运输问题，甲醇（ME）作为储氢载体，是现场按需制氢的理想选择，可避免高成本和风险较大的输运问题。传统的甲醇（蒸汽）重整制氢反应需高温和高压，且通常会产生CO、HCOOH和未反应的甲醇蒸汽等杂质，且难以去除，易毒化催化剂。即便采用热重整器，其净热效率较低，尽管甲醇转化率超过99%，但残余CO的含量仍较高。此外，氢气的进一步纯化过程既困难又昂贵，因此，亟需开发一种低成本高效的重整方法。甲醇电化学耦合制氢可实现常温常压下的氢气析出，但这种“ME-to-H₂”的电转化至今受到高电压（高能耗）和竞争性析氧反应的影响。近年来，开发低电压、高效率的MOR与HER耦合的新型电催化剂成为解决该问题的关键。

电解水析氢（HER）与甲醇电催化氧化反应（MOR）均为多步反应，设计含多种活性位点的催化剂，利用不同活性位之间的协同效应，有望实现不同反应物（或中间体或反应步骤）与活性位的精准匹配，从而提高催化剂活性和选择性。通常，Pt单原子催化剂表现出优异的HER活性。Pd基催化剂在电催化氧化反应中活性较好，且具有较强的抗CO中毒能力。Pt与Pd的有机组合有望提高催化剂的MOR和HER性能。而Pt或Pd单一表面对水分子的吸附与活化能力较差，且Pt/Pd-H*的键合较强，其HER活性有待提高。因此，构建强的“酸碱分离微环境”以促进极性分子（如水）的电化学分解，成为提高催化性能的有效途径。非贵金属氢氧化物易形成表面OH缺陷，可高效且选择性吸附与活化水分子。

鉴于此，本文提出了一种高效、稳定且具有协同效应的“三活性位点”催化剂（TS催化剂，记作Pt₁Pd_n/(Ni,Co)(OH)_x/C）。Pt单原子与Pd纳米团簇负载于镍钴氢氧化物(Ni,Co)(OH)_x表面，成功实现了三位点协同催化（具体协同机理见论文）。TS催化剂不仅有效增强了MOR的选择性，特别是促进了*CHOOH路径，从而抑制了CO中毒，还可在HER中形成较好的“酸碱分离微环境”，提高其对水的吸附和分解效率。该催化剂具有优异的MOR、HER及 [MOR||HER]性能。

朱丽华教授课题组长期从事多相催化、电催化及稀土催化的研究，相关研究成果发表于J. Am. Chem. Soc.、Energy & Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Catal.、Appl. Catal. B、J. Catal.、Chem. Eng. J.、Small、J. Energy Chem.、Green Chem.等期刊，授权发明专利5项。

据悉，以上工作得到了国家自然科学基金、江西省杰青、江西省高层次人才计划、江西省青年井冈学者奖励计划、功能晶态材料化学江西省重点实验室等各类项目的支持。