新型硼氢化物氧化 - 水还原燃料电池：基于铜位点局部富羟基抑制硼氢化物水解的突破

为解决传统直接硼氢化物燃料电池（DBFCs）因阴极氧还原反应（ORR）动力学迟缓、阳极硼氢化物氧化反应（BOR）受硼氢化钠（NaBH4）竞争水解影响导致的性能不足问题，研究人员开展 BOR-HER 燃料电池（BHFC）研究。结果显示，BHFC 能同时发电和产氢，性能优异，意义重大。

　　传统直接硼氢化物燃料电池（DBFCs）中，阴极氧还原反应（ORR）的动力学较为迟缓，同时阳极硼氢化物氧化反应（BOR）会因硼氢化钠（NaBH₄）的竞争水解反应，导致选择性较低，这使得传统 DBFCs 的输出功率密度和效率无法满足工业应用需求。在这项研究中，一种新型的 BOR-HER 燃料电池诞生了，它用阴极析氢反应（HER）替代 ORR 与阳极 BOR 相耦合，被称为 BHFC，可实现发电和制氢同时进行。研究人员开发出一种生长在泡沫铜上的掺铜磷化钴（Cu-CoP）纳米片（Cu-CoP/CF），它能有效催化酸性 HER 和碱性 BOR，还能抑制 BHFC 阳极处 NaBH₄的竞争水解反应。令人惊喜的是，组装好的 BHFC 峰值功率密度高达 114 mW cm^-2，远高于以 ORR 为阴极反应的传统 DBFC（50 mW cm^-2），同时阴极的产氢速率至少为 40 mol h^-1 m^-2。这种有前景的燃料电池，通过酸性 HER 替代动力学迟缓的 ORR 与 BOR 耦合，成功实现了发电和产氢双功能。Cu-CoP/CF 不仅能显著抑制 BOR 过程中 NaBH₄的竞争水解，HER 性能出色且稳定性超 700 小时。特别的是，Cu-CoP/CF 表面原位形成的 Cu (0) 在构建局部富 OH^-环境中起关键作用，这极大抑制了硼氢化物水解，将 BOR 选择性提高到 85%，还降低了 BOR 的热力学能垒。配备 Cu-CoP/CF 的 BHFC 可产生高功率密度，同时在阴极高效产氢。