铂（Pt）族贵金属催化剂的CO中毒是一个长期存在的问题，特别是在质子交换膜燃料电池的氢氧化反应中。

近日，厦门大学周志有教授报道了一种负载Ru氧化物的二氧化钛催化剂（Ru@RuO₂/TiO₂），在用于电催化氢氧化时，可以耐受1~3%的CO，比传统的PtRu/C催化剂提高了大约2个数量级。

文章要点

1）首先将RuCl₃和商用TiO₂分散在20 ml的水中，经超声波处理。然后用1M氢氧化钠将分散体调节到pH=7，然后在加压瓶中于120 ℃的烘箱中加热6 h，以将RuCl₃水解成RuO_xH_y。通过离心法收集负载在TiO₂ 上的非晶RuO_xH_y，并用水洗涤四次。将得到的样品在60 ℃干燥6 h，然后研磨成细粉。最后，将粉末在150 ℃下加热6 h，得到RuO₂/TiO₂纳米粒子。接下来将RuO₂/TiO₂纳米粒子纳米粒子包覆在玻碳电极上，在硫酸溶液中活化RuO₂。然后将催化剂在饱和的0.1 M硫酸中再浸泡1h，进行进一步的活化过程。经过这种处理后，部分RuO₂纳米颗粒将被还原，形成Ru@RuO₂/TiO₂核−壳结构。

2）实验结果显示，该催化剂可在1% CO/H₂中稳定工作50 h，即使在纯CO环境中也能保证约20%的活性中心。研究发现，Ru@RuO₂/TiO₂的高CO耐受性不是通过氧化物促进CO氧化的传统双功能机制，而是通过水合金属氧化物壳层阻碍CO吸附实现。进一步从头算分子动力学(AIMD)模拟表明，Ru氧化层晶界和Ru表面的水对CO的扩散和吸附有抑制作用。

这种氧化物阻挡层策略为设计高CO耐受的燃料电池电催化剂开辟了一条很有前途的途径。

参考文献

Tao Wang, et al, High CO-Tolerant Ru-Based Catalysts by Constructing an Oxide Blocking Layer, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c00602

https://doi.org/10.1021/jacs.2c00602