掺S碳纳米管上负载的Pt催化剂的甘油和甲酸电氧化：碳载体与催化剂制备工艺对金属-载体相互作用的影响

氢燃料电池作为传统化石能源的替代技术正在逐步实现工业化应用。相比于燃料氢气，液态燃料醇类更易于运输存储，且能量密度高、可再生。因此，液体燃料电池受到了广泛关注。

掺杂（N、S等）碳上电子特性、理化特性迥异的位点与贵金属相互作用，将会影响负载的贵金属的电子特性和催化功能。宁小媚博士等通过调控碳载体的掺硫量以及Pt的负载工艺，系统研究了Pt与掺硫碳载体之间的相互作用，及其对电氧化甘油、甲酸和CO性能的影响。研究表明，制备工艺对Pt和掺S碳载体之间的相互作用有重要影响。在乙二醇方法中，Pt NPs更易与S邻近的活化C相互作用；而浸渍法中，带缺陷位的掺杂S更容易锚定金属Pt，导致Pt与掺杂S之间有更强的选择性相互作用。掺S碳纳米管负载的Pt催化剂的甘油、甲酸电氧化催化性能优于未掺杂碳纳米管负载的Pt催化剂，且前者具有更好的抗CO中毒能力。结果表明掺杂S的作用有：（1）掺杂S（C-S-C）可活化相邻C与Pt NPs相互作用，更易移除Pt催化剂表面中间物质，提高催化性能；（2）掺S碳载体为Pt提供了更多锚定位点，负载的Pt NPs尺寸更小，相同负载量下暴露的活性位点更多；（3）C-S-C与邻近的Pt-C具有协同作用，促进反应物的吸附和活化，提高催化性能。因此，通过调控碳载体表面位点的理化特性和电子特性，理性地设计催化剂制备工艺，可有效调控和强化金属与载体之间的相互作用，优化催化性能。该工作为掺杂碳材料负载的贵金属催化剂的设计、制备与强化提供了新的思路。相关研究发表在电化学权威期刊Electrochimica Acta(2019, 319, 129-137)。

不同负载工艺中Pt NPs与掺S碳载体间的相互作用机制图