近日，我校化学与化工学院张根磊副教授、崔鹏教授团队联合厦门大学周尧教授团队，在乙醇电催化氧化反应的催化机制研究方面取得突破性进展。相关研究成果以“About the Role of Interfacial Lattice Oxygen in Pd-Pt Alloy for C-C Cleavage in Ethanol Electrooxidation”为题，在线发表于国际化学领域顶级期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition, 2026, DOI: 10.1002/anie.6830451）。合肥工业大学为论文第一完成单位，我校23级硕士生朱春林和24级硕士生张威陈为论文的共同第一作者，我校张根磊副教授、杨真真副教授和厦门大学周尧教授为共同通讯作者。

图1 模型PdO-Pt₃P异相纳米片的合成及结构表征

直接乙醇燃料电池因乙醇能量密度高、来源广泛而备受关注，但其商业化应用最大的瓶颈在于阳极乙醇氧化反应（EOR）中顽固的碳-碳（C-C）键难以高效断裂，导致反应产物大部分停留在低能量密度的C2化合物，无法充分释放燃料的化学能。金属-氧化物异质界面被视为解决这一难题的突破口，然而，长期以来，人们对界面真实活性位点的化学身份、氧原子的直接来源以及C-C键断裂的启动机制认识模糊，严重制约了高效催化剂的理性设计。

针对这一挑战，研究团队巧妙设计了一种二维PdO-Pt₃Pd异相纳米片模型催化剂。通过原子级分辨的原位光谱表征与O¹⁸同位素示踪技术，团队首次从原子尺度解码了异质界面的真实活性单元—一种独特的“Pd²⁺-O_int-Pd_alloy”桥氧构型。同位素实验提供了无可争议的直接证据：界面晶格氧（O_int）正是启动C-C键断裂的直接氧供体，在反应中扮演“亲核手术刀”的关键角色，而非传统理论中被动清除毒性中间体的“清道夫”。

图2 PdO-Pt₃Pd异相纳米片中EOR异质界面的机理研究

进一步的理论计算揭示了这一独特活性的电子学根源。PdO与Pt₃Pd两相间显著的功函数差异在界面处形成了一个强内建电场，驱动电荷重新分布，使得O_int的p带中心大幅上移至费米能级附近，赋予其极强的亲核攻击能力。计算结果显示，由该界面氧介导的C-C键断裂能垒仅为0.47 eV，远低于常规路径的1.63 eV，从能量上保障了反应的高效进行。

图3 界面协同效应的电子起源

更为重要的是，该研究突破了“单活性位点”的传统认知，揭示了异质界面充当的“反应网络架构师”角色，同时构建并协同两条反应路径。一方面，创制了一条由界面晶格氧主导的“无CO”高效C1路径，直接实现乙醇的完全氧化；另一方面，对相邻Pt₃Pd合金域上的传统“CO”路径进行了三重优化：从源头减少CO生成、抑制乙酸副反应发生、保障残余CO快速氧化去除。这种双路径协同机制使催化剂展现出高达9.09 A mg_metal^-1的质量活性和75.6%的C1路径法拉第效率，性能指标远超目前文献报道的同类催化剂。

图4 协同双路径反应网络

该工作将传统的被动“双功能”模型升级为精准的“初始攻击-系统协同”机制，确立了一条普适的催化剂设计原则：通过对界面配位环境和电子结构进行原子级精准编程，在单一结构单元中预装特定的键活化能力并协同多条反应路径，从而驾驭复杂的催化网络。这一新范式对直接乙醇燃料电池、电化学精准合成以及能源催化转化等领域的发展具有重要指导意义。

研究工作得到了国家重点研发计划、安徽省自然科学基金等项目的资助以及合肥工业大学分析测试中心等平台的支持。

论文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.6830451

（张根磊/文 张根磊/图 李平/审核）

责任编辑：宋燕