針對(duì)特定的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和合成具有相應(yīng)活性結(jié)構(gòu)特征的納米催化劑一直是納米催化研究的重點(diǎn)和挑戰(zhàn)。直接乙醇燃料電池(Direct ethanol fuel cell, DEFCs)在電力的產(chǎn)生、儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，促進(jìn)其發(fā)展的關(guān)鍵在于高效低成本的乙醇氧化反應(yīng)(EOR)電催化劑的研制。目前已有研究表明，Pd與Zn、Ni、Sn、Co、Cu、Ge等賤金屬(M)合金化，構(gòu)建Pd-M雙位點(diǎn)，比純Pd位點(diǎn)更有利于EOR且成本效益更好。然而，這種雙位點(diǎn)的優(yōu)異活性通常被認(rèn)為是賤金屬調(diào)節(jié)鈀的電子結(jié)構(gòu)或協(xié)同參與反應(yīng)的結(jié)果，這一模糊的作用原理已成為開(kāi)發(fā)先進(jìn)的EOR電催化劑的主要障礙。此外，為了充分發(fā)揮Pd-M雙位點(diǎn)中心的性能優(yōu)勢(shì)，提高它們的暴露性和均一性至關(guān)重要，當(dāng)前通常采用溶劑熱方法去合成小尺寸的金屬間化合物，該方法難以避免殘留的表面活性劑覆蓋雙位點(diǎn)而影響它們?cè)贓OR中的性能表現(xiàn)。

最近，我?；膶W(xué)院張劍老師課題組與清華大學(xué)王定勝課題組和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)孫文明課題組合作開(kāi)發(fā)出一種Zn蒸氣捕獲-碳氮材料限域的策略精準(zhǔn)構(gòu)建出暴露且均勻的Pd-Zn雙位點(diǎn)電催化劑（PdZn/NC@ZnO），在堿性條件下實(shí)現(xiàn)了EOR的高效進(jìn)行。通過(guò)合成方法的控制，他們?cè)谙嗤妮d體上同時(shí)構(gòu)建出具有Pd₁單原子位點(diǎn)(Pd₁/NC@ZnO)和Pd-Pd純金屬位點(diǎn)（Pd_n/NC@ZnO）的電催化劑進(jìn)行對(duì)比探究。結(jié)果表明，在相同的EOR反應(yīng)條件下，Pd-Zn雙位點(diǎn)催化劑的質(zhì)量活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于Pd-Pd純金屬位點(diǎn)和Pd₁單原子位點(diǎn)催化劑，甚至超過(guò)商業(yè)Pd/C約 23倍，而本征活性是商業(yè)Pd/C的37倍。在穩(wěn)定性測(cè)試中，該P(yáng)d-Zn雙位點(diǎn)還體現(xiàn)出優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。另外，通過(guò)實(shí)際的堿性膜燃料電池測(cè)試，該P(yáng)d-Zn雙位點(diǎn)催化劑的質(zhì)量歸一化能量密度依然高于商業(yè)Pd/C約23倍。他們結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和DFT計(jì)算手段，證明了該工作的EOR反應(yīng)中生成的主要產(chǎn)物為乙酸，而Pd-Zn雙位點(diǎn)有利于以較低的反應(yīng)能量吸附乙醇和氫氧根離子，從而改變了EOR反應(yīng)的路徑，相對(duì)于Pd-Pd純金屬位點(diǎn)和Pd₁單原子位點(diǎn)，能顯著降低反應(yīng)能壘，這是其具有顯著活性?xún)?yōu)勢(shì)的主要原因。

此項(xiàng)工作以《Construction of Pd-Zn Dual Sites to Enhance the Performance for Ethanol Electro-Oxidation Reaction》近期發(fā)表在Nature Communications(Pub Date:2021-9-06, DOI:10.1038/s41467-021-25600-9)上，張劍副教授為通訊作者。

Nature Communications為國(guó)際綜合類(lèi)頂級(jí)期刊，2021年影響因子：14.919。