直接乙醇燃料電池(DEFCs)由于具有安全無毒、能量密度高(8 kWh kg^?1)(甲醇為6 kWh kg^?1)和儲運方便等優(yōu)點受到人們廣泛的關注。實際上，乙醇氧化反應(EOR)因為涉及多個反應路徑，被認為是一個復雜的反應。

在酸性條件下，提高采收率主要通過完全氧化途徑(C1途徑)和不完全氧化途徑(C2途徑)這兩條平行且相互競爭的途徑進行。C1中間體的氧化脫氫反應是一種能量利用效率較低的反應途徑；而Pt金屬納米粒子催化的C2路徑中，乙醇分子中C?C鍵斷裂緩慢的動力學以及反應過程中產生的*CO和*CH_x物種會毒化催化劑表面限制了該路徑的進行。因此，設計和開發(fā)有效的Pt基催化劑以促進EOR向C2路徑進行具有重要意義。

近日，廈門大學姜艷霞、林海昕和Huang Xiaoyang等通過溶劑熱法合成了C負載的PtGa雙金屬納米粒子(Pt₃Ga/C)，并對其催化性能進行了研究。結果表明，合金化改變了Pt的電子結構，誘導了納米顆粒內部強的p-d雜化，從而調節(jié)了EOR過程中Pt與中間產物之間的結合能。

通過在分子水平上的電化學分析和電化學原位紅外分析光譜，研究人員發(fā)現(xiàn)：1.在EOR過程中無需*CO物種就可以獲得高的CO₂產率；2.在中等電位(> 0.3 V_SCE)下，通過持續(xù)氧化C2物種，CO₂的選擇性仍然很高，這被認為是乙醇完全氧化為CO₂的新途徑；3.PtGa金屬納米顆粒的EOR性能可以在很大程度上通過調節(jié)催化劑的表面結構和組成來控制。

同時，用Ga合金化Pt(通過電子重分布形成優(yōu)化的表面電子結構)，可以大幅度地抑制Pt表面的*O/*OH吸附和CO中毒反應，使Pt表面在較寬的電位范圍內處于較為自由的狀態(tài)，這有利于乙醇分子的吸附和氧化。

此外，PtGa納米顆粒表面上的Pt原子沒有聚集在一起，所產生的隔離效應避免了乙醇分子的橋式吸附以形成有毒的*CH_x和*CO物種；Ga元素的親水性為其表面提供了足夠的*OH物種，而這些*OH物種又與Pt上吸附的C2中間體發(fā)生反應，從而大幅度提高了乙醇氧化為CO₂的效率。

綜上，該項工作揭示了C2中間體在EOR過程中的重要作用，這對于乙醇能源利用具有重要的現(xiàn)實意義，也有助于推動DEFC的實際應用。

Ga-Modification Near-Surface Composition of Pt–Ga/C Catalyst Facilitates High-Efficiency Electrochemical Ethanol Oxidation through a C2 Intermediate. Journal of the American Chemical Society, 2023. DOI: 10.1021/jacs.3c04320