通过氧化还原电位工程设计的杂多酸再生燃料，用于实现无排放的直接液体燃料电池

《Journal of Materials Chemistry A》：Redox potential-engineered heteropolyacid regenerative fuels for emission-free direct liquid fuel cells

本研究提出以Keggin型杂多酸为可回收燃料的创新策略，通过电化学性能的系统比较和DFT计算，揭示了中心原子价态与质子-电子耦合对氧化还原电位分布的调控机制。CoW12因Co(II)中心和质子-电子耦合机制，有效抑制析氢副反应，实现能量密度27.2 Wh L?1和功率密度0.529 W cm?2，较PW12系统分别提升118%和46%，并保持30小时稳定放电，为高容量、低成本杂多酸基燃料电池设计提供理论和材料创新范式。

　　

为了解决传统直接液体燃料电池（DLFCs）中氧化反应速率缓慢、依赖贵金属以及碳排放等问题，本研究提出了一种新的策略，即使用凯金型杂多酸（HPAs）作为可回收的燃料。通过系统比较磷钨酸（{PW₁₂）、硅钨酸（{SiW₁₂）和钴钨酸（{CoW₁₂）的电化学性质，并结合密度泛函理论（DFT）计算，我们阐明了中心原子价态及质子-电子耦合效应对氧化还原电位分布的调控机制。研究结果表明，{CoW₁₂}由于含有低价态的钴（Co_II）中心以及质子耦合的电子转移机制，其四电子还原电位范围（相对于标准氢电极SHE为?0.035至?0.151 V）较为集中，有效抑制了氢气析出副反应，实现了电子的完全利用。实验验证表明，在常温和非加湿条件下，采用{CoW₁₂}的DLFC在0.58 V时能够达到27.2 Wh L^?1的能量密度和0.529 W cm^?2的峰值功率密度，分别比已报道的{PW₁₂}系统提高了118%和46%；此外，该系统在30小时内的放电性能也表现出稳定性。这项工作为设计高容量、低成本的杂多酸基燃料电池系统提供了理论基础和材料创新范例。