Beyond C–C Cleavage: CO Detoxification as a Key Step in Ethanol Electrooxidation Revealed by In Situ SERS

化学 戒毒(替代医学) 选择性 电化学 三元运算 原位 键裂 吸附 组合化学 电解质 拉曼光谱 三元络合物 电极 亲核细胞 反应机理 乙醇 氧化还原 无机化学 反应中间体 过渡金属 降级(电信) 红外光谱学
作者
Maodi Zhang,Teng Wang,Aoxuan Du,Siyan Liu,Liuyi Ma,Xiaomeng Du,Wei Xie
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c06628
摘要

Direct ethanol fuel cells (DEFCs) relying on the complete C1 oxidation pathway face two linked barriers at the anode: the difficulty of C–C bond cleavage and *CO intermediate poisoning. While Pt-based alloys address the former, they are plagued by *CO-induced deactivation, and the mechanism of *CO clearance in alkaline electrolytes has remained elusive. Herein, we demonstrate that effective *CO detoxification plays a critical role in governing the selectivity toward the complete C1 pathway. Using a ternary Ag@Pt 7 Pd 3 core–shell catalyst, we achieve a mass activity of 17.66 A mg PGM –1 with 90.5% retention after 5000 cycles. Through in situ electrochemical surface-enhanced Raman spectroscopy complemented by electronic structure analyses and theoretical calculations, we uncover a dual-mechanism detoxification pathway: Ag modulates the d -band center of Pt/Pd to enhance CO adsorption and activation, while adjacent Pd sites promote *OH formation, which subsequently executes nucleophilic attack on the activated *CO. This cooperative process efficiently removes *CO at low overpotentials, unlocking the C1 pathway and enabling sustained high performance. Our findings highlight the central role of *CO detoxification in steering reaction selectivity and enhancing device performance, thereby completing the key missing piece for enabling efficient DEFCs through the C1 pathway.
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