在過去的幾十年里，聚合物電解質膜燃料電池(PEMFCs)和磷酸燃料電池(PAFCs)已被開發用于環保汽車和高效固定式發電廠，這是由于關鍵材料的開發取得了顯著進展，特別是用于慢氧還原反應(ORR)的電催化劑。然而，活性位點與電解質之間的界面技術問題，仍然是PEMFCs和PAFCs面臨的挑戰。特別是，由于PAFCs直接使用高濃度磷酸溶液作為電解液，Pt基催化劑具有明顯的中毒效應，ORR活性較低。因此，為了提高PAFCs的性能，有必要開發一種具有高ORR活性和能抗中毒的新型催化劑。

基于此，韓國忠南大學Namgee Jung等人制備了可以作為分子篩層(MSL)的超薄碳殼包裹Pt基納米顆粒組成的抗中毒催化劑。

為了直接探究不同缺陷密度的碳MSLs的分子篩效應，測試了Pt@MSL催化劑在加入和不加入0.1 M H₃PO₄的0.1 M HClO₄溶液中的ORR性能。與在不含H₃PO₄的0.1 M HClO₄溶液中的測試結果相比，在含有H₃PO₄的HClO₄溶液中，商業Pt/C的ORR活性顯著降低，這主要是由于磷酸陰離子的強吸附導致活的性位點數量減少。然而，Pt@MSL催化劑的碳殼結構導致了其電化學性能的有趣變化，隨著碳殼從Pt@MSL7-0到Pt@MSL7-20變得更加多孔，無論是在加入或不加入0.1 M H₃PO₄的0.1 M HClO₄溶液中，催化劑的ORR活性都增加。

有趣的是，Pt@MSL7-10和Pt@MSL7-20催化劑在H₃PO₄和HClO₄混合溶液中表現出比商業Pt/C催化劑更優異的性能，而在0.1 M HClO₄中表現出較低的活性。為了使兩種電解質溶液中的催化劑的ORR性能最大化，利用制備Pt@MSL催化劑相同的退火溫度和氣體氣氛下制備了Pt₃Fe₁@MSL催化劑。

與Pt@MSL7催化劑相比，Pt₃Fe₁@MSL7催化劑表現出顯著改善的ORR性能，這是由于在有和沒有0.1 M H₃PO₄的0.1 M HClO₄溶液中的合金效應。然而，Pt₃Fe₁@MSL7-20的質量活性與Pt₃Fe₁@MSL7-10相比大大降低，這主要是由于分子篩效應的顯著降低(21%)。結果表明，在制備的樣品中，由于附加的合金效應和分子篩效應，Pt₃Fe₁@MSL7-10催化劑在H₃PO₄混合電解質中對ORR顯示出最高的質量活性。

為了有效地防止磷酸鹽離子對催化劑的中毒效應，同時提高催化劑的ORR活性和穩定性，本文設計了碳MSL包覆的Pt和Pt₃Fe₁催化劑。通過改變形成MSL的退火條件，在原子水平上對碳殼的孔結構進行了合理的調節，以最大限度地減少磷酸陰離子吸附，并允許O₂分子優先在Pt表面反應。深入的電化學研究已經明確地證明了碳殼的分子篩效應，適當的碳殼孔結構使得催化劑在電解質中的ORR活性(高耐毒性)差異非常小，因為它可以允許O₂分子對磷酸鹽離子的選擇性吸附。

此外，在長時間的穩定性測試中，碳殼成功地阻止了金屬納米粒子的溶解，表明催化劑具有良好的穩定性。因此，本文認為碳殼包覆策略將為高性能PAFCs的Pt基催化劑設計提供見解。

Antipoisoning Catalysts for the Selective Oxygen Reduction Reaction at the Interface Between Metal Nanoparticles and the Electrolyte, Carbon Energy, 2023, DOI: 10.1002/cey2.293.

https://doi.org/10.1002/cey2.293.