近日，江西科技师范大学化学学部陈山虎博士团队在《Chinese Chemical Letters》上发表了题为“Graphene-encapsulated ruthenium as efficient electrocatalyst for high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cells”的研究成果。

高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）工作温度在120-300 ℃，可直接利用粗氢作为燃料，显著降低燃料成本。HT-PEMFC依赖磷酸作为质子传输载体，磷酸在催化剂表面的强吸附会阻碍反应物与活性位点的接触，抑制催化活性表达。此外，由于高温和富磷酸工况，催化剂易发生奥斯瓦尔德熟化失活现象，导致催化剂性能降低。因此，开发HT-PEMFC催化剂面临较大挑战。

针对高温富磷酸工况，我们通过化学气相沉积法制备了石墨烯包覆的钌纳米颗粒（Ru@NG）（图1a）。Ru@NG的石墨烯外壳不仅可调节Ru的电子结构，优化金属-氢键能，还能抑制磷酸和CO的表面吸附，同时不影响氢气与Ru位点的自由接触，从而显著提升催化剂的活性与稳定性。Ru@NG作为阳极催化剂的HT-PEMFCs性能表现优异，其峰值功率密度达到760 mW/cm²，与商用铂/碳催化剂表现相当。此外，使用含CO的氢燃料时，Ru@NG展现出良好的抗毒化能力。这项研究为开发高效率HT-PEMFCs催化剂提供了宝贵见解。

图1. Ru@NG优化中间体吸附促进HT-PEMFC性能示意图

本论文的第一作者为化学化工学院研究生夏久利，通讯作者为化学化工学院陈山虎和周扬扬博士。该研究得到国家重点研发计划（2021YFA1500900)、国家自然科学基金（22425021、22102053)、江西省教育厅科研基金（GJJ2201324)及江西省科学基金（20224BAB213018、20242BAB25168)等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cclet.2024.110754