近日，昆明理工大学材料科学与工程学院冯立纲教授团队在高温燃料电池以及尿素辅助电解制氢等电催化能源转换领域取得新进展。通过静电排斥策略有效缓解了磷酸对高温质子交换膜燃料电池铂催化剂的毒化行为，大幅提升了器件性能，相关研究以“Electrostatic Repulsion Activates Durable Pt Catalysts for HT-PEMFCs”为题发表在《Advanced Energy Materials》；通过界面电荷调控与电子协同作用优化镍位点活性，显著提升尿素氧化的催化活性、选择性与稳定性，有效降低了尿素辅助电解制氢能耗，相关研究以“Narrowing High-Valent Ni Formation Potential and Widening Urea Oxidation Window by Ni2P/MoP Hybrid Catalyst”为题发表在《Advanced Energy Materials》。

高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFCs）因具有反应动力学快、系统管理相对简化、对燃料杂质容忍度较高等优势，被认为是极具应用前景的燃料电池技术之一。然而，电解质中的游离磷酸解离产生的H2PO4⁻易在Pt活性位上发生强吸附，占据氧还原反应（ORR）活性位点，致催化剂失活。如何在保持Pt催化活性的同时，有效缓解磷酸中毒，始终是制约HT-PEMFCs商业应用的关键科学问题。针对这一问题，研究团队突破常规思路，提出了一种全新的静电排斥抗中毒策略，即通过在碳载体表面精准引入硫氧基团进而在Pt纳米颗粒周围构建局部负电微环境，实现对H2PO4⁻的排斥。研究结果表明，所制备的Pt/C-SO催化剂在含磷酸电解质中表现出优异的ORR反应活性和抗中毒能力。该研究从主要毒化物种磷酸根的负电特性出发，提出了利用局部静电环境“主动排斥磷酸根”的新思路，为HT-PEMFC阴极催化剂设计提供了新的理论基础和实践路径。

昆明理工大学为论文第一通讯单位，昆明理工大学和中国地质大学（武汉）联合培养博士研究生张丽为论文第一作者，昆明理工大学冯立纲教授、李静教授为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和云南省兴滇英才支持计划等项目的支持。

尿素辅助水电解制氢兼具能源回收与环境修复价值，但其阳极尿素氧化反应（UOR）存在镍位点活化慢、活性电位窗口窄，且易与析氧反应（OER）竞争的问题，成为技术应用瓶颈。高价镍（Ni3+）是UOR核心活性中心，如何实现其窄电位快速形成、拓宽UOR电位窗口并抑制OER副反应，是当前研究的核心难题。针对该问题，团队创新性构建嵌入导电碳纳米纤维的Ni2P/MoP异质结构催化剂（Ni2P/MoP/CNFs），提出界面电荷重分布与协同电子调制双调控策略。通过电纺丝、高温碳化与磷化分步制备，实现Ni2P与MoP精准复合，利用二者强电子相互作用诱导界面电荷不对称分布，调控Ni的d带中心，优化反应中间体吸附-脱附行为。在尿素辅助电解槽中，该催化剂作为阳极与Pt/C阴极匹配，可在1.40 V外加电压实现10 mA cm-2制氢电流密度，较纯水电解降低了160 mV。研究首次将Ni2P/MoP异质结构应用于UOR，揭示了界面相互作用对Ni位点活化及反应选择性的调控机制，为设计宽电位、高选择性的UOR电催化剂提供了新思路，对推动绿色氢能发展和含尿素废水资源化利用具有重要意义。

昆明理工大学为论文第一通讯单位，昆明理工大学和扬州大学联合培养博士研究生尹春为论文第一作者，昆明理工大学冯立纲教授为论文唯一通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金等项目的支持。

论文链接：

1、https://doi.org/10.1002/aenm.70724

2、https://doi.org/10.1002/aenm.70876

（供稿：材料科学与工程学院）