在质子交换膜燃料电池 (PEMFC) 中，CO 电氧化长期以来被认为是不可克服的，即使 H₂ 中的微量 CO 也会严重毒害阳极催化剂并导致巨大的性能下降。

有鉴于此，中国科学院长春应用化学研究所葛君杰研究员等人，描述了一类原子分散的IrRu-N-C阳极催化剂，能够氧化CO, H₂，或两者的混合气体。

本文要点

1）开发了一种新的质子交换膜燃料电池阳极催化剂IrRu-N-C，其中 Ir 和 Ru 单原子均匀分布在氮-碳复合材料中。由于临近的Ir和Ru单原子位点之间的相互作用，水解离和CO电氧化变得极为容易，原本的毒化物种CO被转化为燃料。

2）Ru-N配位的单原子位点对COOR和HOR并无催化性能，但是Ru-N₄的引入大幅提升了Ir-N₄的催化活性，表现出明显的协同作用。当使用纯 CO 时，该催化剂在 800 mA⋅cm^-2 时表现出最大电流密度，而基于 Pt/C 的电池停止工作。

3）IrRu-N-C催化剂同时具备优异的COOR和HOR活性，当使用H₂、CO或两者混合气作为燃料时，该催化剂表现出优异的催化性能。在燃料电池中IrRu-N-C具备超高的抗CO毒化能力，超过目前最好的抗毒化催化剂商业PtRu/C，可以在1000 ppm CO存在的条件下有效工作。

总之，这种新型催化剂有望解决质子交换膜燃料电池阳极毒化问题。

参考文献：

Xian Wang et al. Proton exchange membrane fuel cells powered with both CO and H₂. PNAS, 2021.

DOI: 10.1073/pnas.2107332118

https://doi.org/10.1073/pnas.2107332118