沸石咪唑酯骨架衍生的Ru/RuO2–Co3O4催化剂在碱性介质中高效催化甲醇氧化反应

研究人员开发了一种基于沸石咪唑酯骨架（ZIF）衍生的Ru/RuO2–Co3O4杂化纳米结构催化剂，用于碱性介质中的甲醇氧化反应（MOR）。该催化剂展现出131 mAcm?2的高电流密度和1.07 V vs RHE的起始电位，并具有优异的循环稳定性（500次/12小时）和2.5 M甲醇耐受性。结合密度泛函理论（DFT）和光谱分析，揭示了钴（Co）与钌（Ru）协同催化机制，为燃料电池阳极材料设计提供了新思路。

　　

这项突破性研究揭示了沸石咪唑酯骨架（ZIF-67）衍生的钌/氧化钌（Ru/RuO₂）与四氧化三钴（Co₃O₄）杂化纳米结构的催化奥秘。在碱性甲醇氧化反应（MOR）中，这种球形纳米催化剂如同微型发电站，能持续输出131 mAcm^?2的电流密度，起始电位低至1.07 V（vs RHE），且历经500次循环仍保持稳定。

有趣的是，当甲醇浓度高达2.5 M时，催化剂依然表现活跃。扫描速率实验显示反应受扩散控制，而27.45 kJmol^?1的表观活化能（E_a(app)）暗示温度对反应的关键影响。通过密度泛函理论（DFT）这个"分子显微镜"，研究人员发现钴和钌如同默契的舞伴，协同参与催化循环。

傅里叶变换红外光谱（FTIR）捕捉到钌纳米粒子在100次循环后会"中毒"——被一氧化碳（CO）吸附而失活。而拉曼光谱则观察到Co₃O₄表面发生羟基化，形成CoOOH（钴氧氢氧化物）这种"分子剪刀"，在钌的协助下精准切断甲醇的质子。这些发现为设计新一代燃料电池催化剂提供了分子层面的路线图。