甘油是一種廉價(jià)且具有吸引力的生物衍生平臺(tái)分子，用于生產(chǎn)高價(jià)值的化學(xué)品。其中，甲酸是甘油氧化(GOR)產(chǎn)生的更容易獲得且有價(jià)值的產(chǎn)品。以甘油為燃料的直接醇類燃料電池(DAFC)，即直接甘油燃料電池(DGFC)，可以同時(shí)產(chǎn)生電力和高附加值的產(chǎn)品。應(yīng)當(dāng)注意的是，由于陽極甘油電氧化反應(yīng)涉及復(fù)雜的多電子轉(zhuǎn)移過程，開發(fā)低成本、高活性、穩(wěn)定性好的催化劑是提高DGFC性能的關(guān)鍵。

迄今為止，貴金屬及其合金是具有良好活性的GOR催化劑，但其成本高、儲(chǔ)量不豐富限制了貴金屬催化劑的大規(guī)模制備和工業(yè)化應(yīng)用。因此，目前迫切需求尋找其他具有良好活性和選擇性的非貴金屬電催化劑用于催化GOR。

近日，中國(guó)科學(xué)院福建物構(gòu)所溫珍海和陳俊翔等采用一步水熱法在碳布上原位生長(zhǎng)FeCoNiCrMnS₂納米顆粒(FeCoNiCrMnS₂/CC)，制備了高熵硫化物(HES)電極。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所制備的FeCoNiCrMnS₂對(duì)甘油氧化表現(xiàn)出良好的催化活性和選擇性，僅需1.10 V_RHE的低電位就能達(dá)到10 mA cm^-2的電流密度，并且在較寬的電壓范圍內(nèi)甲酸的法拉第效率超過90%。理論計(jì)算表明，F(xiàn)eCoNiCrMnS₂中Ni和Co位點(diǎn)主要負(fù)責(zé)提高GOR催化活性，而Cr和Mn對(duì)Ni和Co位點(diǎn)的催化活性起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用。

此外，以FeCoNiCrMnS₂為陽極(在含0.1 M甘油的4 M KOH陽極電解液中)和以Pt/C為陰極(在2 M H₂SO₄陰極電解液中)組裝的堿酸直接甘油燃料電池(AA-DGFC)，在80 °C下的峰值功率密度為50.1 mW cm^?2；并且，在10 mA cm^-2放電電流密度下，通過機(jī)械充電和自動(dòng)放電的方式連續(xù)運(yùn)行120小時(shí)后，AA-DGFC性能沒有明顯下降，同時(shí)生成了高附加值的甲酸鹽產(chǎn)物(平均產(chǎn)率為120μmol h^-1 cm^-2，法拉第效率超過80%)，表現(xiàn)出優(yōu)異的活性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

總的來說，該項(xiàng)工作不僅發(fā)掘了高熵硫化物在電催化領(lǐng)域潛在的廣闊應(yīng)用前景，而且為燃料電池同時(shí)釋放高功率密度并實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)衍生為增值燃料提供了一種可行的方案。

High-power Hybrid Alkali-Acid Fuel Cell for Synchronous Glycerol Valorization Implemented by High-Entropy Sulfide Electrocatalyst. Nano Energy, 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108992