黑龙江大学付宏刚/王蕾&厦门大学王宇成，最新Nature子刊！

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)对于建立氢能源工业至关重要，对于从传统能源系统向可持续能源系统的转变至关重要。随着经济高效的阴极催化剂和各种质子交换膜的快速发展，用于阳极催化剂的贵金属Pt的不可替代性变得越来越突出。此外，Pt催化剂在阳极氢氧化反应(HOR)过程中的高质量活性容易引起CO中毒，因为原料H₂主要来源于重整的气体，不可避免地含有CO杂质。

具体而言，Pt上强烈的CO吸附导致器件性能显著降低，即使在浓度低至10 ppm CO的情况下也是如此。在这种情况下，开发低Pt负载、高活性和抗CO中毒的阳极催化剂对于PEMFCs的持续发展具有重要意义。

近日，黑龙江大学付宏刚、王蕾和厦门大学王宇成等设计了一种中空碗状碳骨架支撑的Pt簇-W₃O/WC异质结，其中Pt负载量为1.7 wt% (H-Pt-W₃O/WC)，作为高活性的HOR和抗CO电催化剂。

实验结果表明，中空碳壳有效地增强了电催化过程中的质量和电子转移；W物种的电子调制效应导致Pt的d带中心向下移动，这可能降低反应能垒以减少HBE和CO_ad能量。H-Pt-W₃O/WC具有良好的酸性HOR活性，在50 mV时的质量活性为469 A g^-1，是商用Pt/C的15.6倍。

更重要的是，它表现出改善的抗CO能力，在2000 ppm CO/H₂的存在下保持了其初始质量活性的94.5%。同时，利用H-Pt-W₃O/WC组装的PEMFCs在100 ppm CO-H₂/O₂中可以提供1.63 W cm^-2的峰值功率密度。

原位光谱表征结果显示，W₃O通过氧溢出效应触发自身结构变化，持续产生Pt-O环境，并共享电子以稳定反应过程中Pt簇的活性，这可以通过*H攻击来加速CO氧化来促进HOR活性。

此外，来自W Lewis酸性位点上水解的•OH吸附也在加速CO氧化过程中起作用；这个过程促进了Pt活性位点的暴露以促进HOR。在CO氧化反应过程中，除了在水中获得O和自由基参与氧化外，还产生了水，以补充氧化过程所需的水，实现水循环。

总的来说，该项工作不仅提供了一种有效的Pt基HOR催化剂，也为后续合理设计先进的HOR和抗CO电催化剂提供了重要指导。

Oxygen spillover on supported Pt-cluster for anti-CO-poisoning hydrogen oxidation. Nature Communications, 2025.DOI: 10.1038/s41467-025-58735-0