近日，我校化学与材料科学学院绿色催化与传感创新团队在材料领域国际顶刊《Advanced Materials》（中国科学院一区TOP，影响因子26.8）上发表题为“Twinning Strain-induced Pathway Switching on PtPdRuFe Nanoflowers Enables Efficient Formic Acid Oxidation”的研究论文。我校化学与材料科学学院付文升教授、王燚教授、聂瑶教授为论文通讯作者，硕士研究生万家乐为论文第一作者，重庆师范大学为第一署名单位。

在全球能源危机与“双碳”目标的双重驱动下，氢能经济正以前所未有的速度崛起。作为一种颇具前景的液态氢载体直接发电技术，直接甲酸燃料电池（DFAFC）凭借理论电压高（1.48 V）、能量密度可观、燃料安全易储运等优势，被视为便携设备、电动汽车及分布式发电的理想动力源。然而，其商业化进程受限于阳极甲酸氧化反应（FAOR）动力学缓慢，以及现有催化剂易受CO中毒的困扰。传统Pt基催化剂上的FAOR通常存在两条路径：一是直接脱氢生成CO₂的“直接路径”（HCOOH → HCOO* → CO₂ + 2H+ + 2e-），二是经脱水步骤生成CO*中间体的“间接路径”（HCOOH → COOH* → CO* + H₂O）。商业Pt催化剂虽然活性尚可，但易促使FAOR走间接路径生成强吸附的CO*“毒物”，造成催化剂迅速失活。尽管通过合金化策略形成Pt基合金能在一定程度上削弱CO*键合，但仍难以将FAOR导向直接路径，CO*诱导的失活风险依然存在。

为此，本研究通过在PtPdRuFe纳米花（NFs）中运用孪晶界（TBs）工程，成功将甲酸的主要氧化路径转向至直接脱氢。引入的丰富孪晶界在纳米花内部诱发局部拉伸应变，有效调制了所有组成金属的d轨道电子结构，这对重新定向过渡态中间体的形成至关重要。具体而言，这种电子优化使得Pt与Fe位点对HCOO*中间体的吸附亲和力显著强于COOH*，从而推动反应优先沿理想的脱氢路径进行。同时，Ru/Fe位点对OH*的吸附能力增强，加速了CO*中间体的转化，进一步消除了由CO*引起的毒化与失活问题。得益于上述协同增强效应，所制备的孪晶PtPdRuFe纳米花展现出显著提升的催化活性与耐久性，其性能远优于非孪晶对照样品及基准Pt/C催化剂。该研究首次在多元金属体系中建立了纳米孪晶结构与优异甲酸氧化性能之间的明确关联，为高效催化剂的设计提供了新范式。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202523390