质子交换膜燃料电池（PEMFC）对微量CO杂质极为敏感，因此对氢的纯度提出了严格的要求，同时排除了直接使用廉价的粗氢作为燃料的可能性。研究人员认为，单原子催化剂（SACs）能够与金属颗粒协同工作，对CO氧化和氢氧化反应（HOR）以及H₂+CO混合物都具有良好的催化性能，其中SACs的主要作用是催化CO以及清除颗粒上的CO。

受此启发，中科院长春应化所邢巍研究员，葛君杰研究员，上海应物所Zheng Jiang报道了首次尝试用单原子和纳米颗粒协同催化来解决阳极CO中毒问题。研究人员成功构建了一种由原子分散的Ir-N单位点和Ir纳米颗粒组成的催化剂（Ir_NP@Ir_SA-N-C），该催化剂具有优异的HOR和COOR性能，以及在H₂和CO混合气体中出色的耐CO性能。

文章要点

1）研究人员通过两步碳化的方法制备了Ir_NP@Ir_SA-N-C，其中氮掺杂碳载体（NC-950）首先由咪唑骨架-8（ZIF-8）碳化合成，然后在Ir前驱体浸渍后再进行热解。同时，还合成了完全由单原子Ir位点组成的催化剂（Ir_SA-N-C）和Ir纳米颗粒（Ir/C-HM）作为对比，以比较它们在HOR和COOR的作用。

2）Ir_NP@Ir_SA-N-C催化剂出色的CO耐受性可以归因于Ir单原子位点和Ir纳米颗粒之间的相互作用，其中Ir单原子不仅可以有效地将CO快速转化为CO₂，而且可以通过提供活性OH*物种，在接近于Ir纳米颗粒的情况下有效地清除CO。因此，在CO存在的情况下，Ir纳米颗粒上的HOR活性中心可以被释放，从而使催化剂具有良好的抗CO中毒性能。

这项工作不仅为解决阳极致命的CO中毒问题提供了一条途径，而且还建立了一种新型的相互作用的催化体系，其中单原子位点与纳米颗粒之间的协同作用至关重要。

参考文献

Xiaolong Yang, et al, CO-Tolerant PEMFC Anodes Enabled by Synergistic Catalysis between Iridium Single-Atom Sites and Nanoparticles, Angew. Chem. Int. Ed.2021

DOI：10.1002/anie.202110900

https://doi.org/10.1002/anie.202110900