燃料电池把化学能转换成电能。根据用于制造部件的材料进行分类，燃料电池有许多种类，例如陶瓷、聚合物和熔融体系。每一种都有其独特的工作温度范围，从室温到1300 K不等。工作条件、可靠性和燃料的选择对实际应用范围有很大影响。电子绝缘/离子导电电解质膜两侧的氢的电化学氧化和氧的还原导致电子生成。利用聚合物电解质（PEMFC）的燃料电池由于其接近环境的工作温度，因此通常是汽车行业和移动电源的主要技术候选者。然而，PEMFC的广泛商业化仍在很大程度上受到有限耐用性的阻碍。通常，当燃料被注入阳极时，氢氧化反应(HOR)发生。然而，在重复启动(SU)和关闭(SD)期间，瞬时共存的O₂/H₂阳极触发氧气还原反应(ORR)。因此，阴极碳载体很容易氧化,导致设备腐蚀和反应位点的损失。抑制聚合物电解质膜燃料电池在电池反复启动/关闭过程中阳极副反应引起的降解仍然是一个巨大的挑战。

有鉴于此，普渡大学Yifei Sun等人，对浦项科技大学Yong-Tae Kim等人发表于《Nature Catalysis》的文章 “Selective electrocatalysis imparted by metal–insulator transition for durability enhancement of automotive fuel cells”进行了评述。Yong-Tae Kim等人研究了WO₃的相变材料作为一种智能催化开关，以实现高度选择性的电催化并提高燃料电池的寿命。

本文要点

1）Kim的研究强调了一种通过在阳极上使用WO₃来提高PEMFCs耐久性的独特方法，该方法表明在适当的操作条件下通过绝缘体-金属转变，显著增强了对阴极腐蚀的抵抗力，同时也不牺牲性能。

2）这一结果表明了未来由操作环境局部触发的功能性催化材料的几个令人兴奋的新方向。在这种情况下，发现具有增强质子传导性的新材料，电子结构的同时变化以及随之而来的催化行为可能非常重要，因为它们可以成为电池运行的最终限速步骤。

3）相变介质的空间分布和拓扑结构的影响与电化学电位调制时离子插层的可逆性密切相关，需要进一步研究。阴极腐蚀问题尚未完全解决，将继续成为汽车长期稳定和实际应用的重要课题。

总之，该工作强调了在催化，先进材料设计和第一性原理理论的各个领域进行跨学科合作的需要，以以应对催化方面的一些重大挑战。

参考文献：

Sun, Y., Ramanathan, S. Tunable catalysis via insulator–metal transition. Nat Catal 3, 609–610 (2020).

DOI: 10.1038/s41929-020-0479-0

https://doi.org/10.1038/s41929-020-0479-0