近日，海洋科学与工程学院苗政培副教授团队在美国化学会能源化学领域顶级期刊ACS Central Science发表了题为“Revealing the Stabilization Mechanism of Electron-Enriched PtNiCo Catalysts in Practical Direct Methanol Fuel Cells”的研究论文。陈民博士为论文第一作者，苗政培副教授和田新龙教授为共同通讯作者。该研究针对直接甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cells, DMFCs）商业化过程中长期存在的两个核心难题，即CO中毒和过渡金属溶解，提出了创新性的电子结构调控策略，显著提升了催化剂在实际工况下的稳定性和耐久性。

DMFC以甲醇为燃料，具有燃料来源广泛、系统结构紧凑、环境友好等优势，在便携式电源和微型发电领域展现出广阔前景。然而，在膜电极组件（MEA）环境下运行时，高浓度甲醇会加剧CO中间体的积累，而Pt基合金催化剂中的Ni、Co等过渡金属在酸性和高电位条件下易发生溶解，不仅降低催化活性，还加速Nafion膜及离聚物的降解，导致电极阻抗上升。这些协同退化效应严重制约了催化剂在实际DMFC应用中的性能发挥，成为推动技术落地的主要障碍。

针对这一挑战，研究团队引入电子富集型氮化钛（TiN）支撑体，构建了新型e-PtNiCo催化体系。该设计通过金属与载体间的强电子耦合，在原子尺度上实现了双重稳定化效应。一方面，界面电子转移有效下移Pt的d带中心，使CO吸附自由能由-1.62 eV降低至-1.27 eV，从而减弱CO中间体的结合强度，提升抗中毒能力。另一方面，电子富集环境增强了Pt-Ni和Pt-Co键的强度，在加速耐久性测试中分别将Ni、Co的溶解速率降低2.25倍和3.35倍，显著抑制了金属流失。

在实际DMFC测试中，e-PtNiCo催化剂在100 mA cm⁻²恒电流工作50小时后仅表现出9.6%的电压衰减，峰值功率密度保持率高达89.3%，相比基准PtNiCo/C（37.7%电压衰减）提升约4倍。这一稳定性优势源于CO抗中毒与金属抗溶解两种机制的协同作用，并通过密度泛函理论计算和加速寿命测试得到验证。

本研究不仅提出了一种适用于DMFC的高耐久性催化剂设计原则，也为其他易受中毒和腐蚀影响的电化学能源体系（如质子交换膜燃料电池、甲酸燃料电池等）提供了可推广的电子结构调控思路。

该工作得到国家自然科学基金（52274297, 22305054, 22462006）、海南省自然科学基金（225YXXQN586）、海南大学启动科研基金（YQD(ZR)-21125, 21170）、海南省研究生创新研究项目（Qhyb2024-67）、海南大学海洋科学技术协同创新中心（XTCX2022HYC01, XTCX2022HYC05）、海南省院士创新平台专项研究经费（YSPTZX202315）、海南大学皮克电子显微镜中心提供的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1021/acscentsci.5c01144