近日，材料科学与工程学院冯立纲教授团队在电催化研究方面取得新进展。

1. 在高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFCs）抗磷酸中毒Pt基催化剂研究方面取得重要进展，相关成果以“Electrostatic Repulsion Activates Durable Pt Catalysts for HT-PEMFCs”为题发表在国际知名期刊Advanced Energy Materials。昆明理工大学为论文第一完成单位和通讯单位，冯立纲教授、李静教授为通讯作者。

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，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，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。相关表征与理论计算结果表明，硫氧基团还能同时增强Pt与载体之间的相互作用，协同提升催化活性与结构稳定性。

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氧还原反应活性和抗中毒能力。在燃料电池单电池测试中，Pt/C-SO也展现出突出的器件性能，所组装的HT-PEMFC最大功率密度达到1166 mW cm-2。在500 mA cm-2恒电流条件下连续运行500 h后，电池电压衰减速率仅为26 μV h-1，比商业Pt/C低两个数量级。该研究从主要毒化物种磷酸根的负电特征出发，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。该工作不仅丰富了抗磷酸ORR催化材料的设计理念，也为实现低成本高稳定性HT-PEMFC器件的开发提供了重要支撑。

本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。

2. 在尿素电解制氢方面取得关键进展，相关成果以“Narrowing High-Valent Ni Formation Potential and Widening Urea Oxidation Window by Ni2P/MoP Hybrid Catalyst”为题发表于国际知名能源材料期刊Advanced Energy Materials。昆明理工大学为该研究第一完成单位，冯立纲教授为通讯作者。

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。

该催化剂有效促进了Ni3+的形成，并将UOR有效电位窗口从150 mV拓宽至290 mV，法拉第效率高达91.4%，显著提升了反应选择性。原位光谱表征与DFT计算证实，NiOOH 为活性相，可促进尿素分子中C-N键的断裂，进而将UOR能垒从1.84 eV降至1.76 eV。性能测试显示，该催化剂在1.54 V下电流密度达141.2 mA cm-2，是Ni2P/CNFs的2.9倍。全尿素电解池测试中，该催化剂作阳极与Pt/C阴极匹配，1.40 V外加电压即可实现10 mA cm-2制氢电流密度，较纯水电解降低了160 mV，且在1.60 V恒电位下可稳定运行100 h。该工作首次将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，也为尿素辅助水电解制氢产业化奠定了材料基础，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。

本研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。

论文1链接：https://doi.org/10.1002/aenm.70724；论文2链接：https://doi.org/10.1002/aenm.70876