对脱碳能源系统日益增长的需求加剧了寻找可持续、无碳能源载体的研究，这些载体能够支持大规模应用[[1], [2], [3]]。在这一背景下，氨（NH3）因其显著的氢储存能力（17.8 wt%）、在相对温和的压力和温度条件下易于液化，以及成熟的全球合成、储存和分配基础设施而成为特别有前景的候选者[[4], [5], [6]]。此外，氨的直接电化学利用在发电过程中不会产生二氧化碳，直接有助于温室气体（GHG）减排策略[7,8]。从这个角度来看，直接氨燃料电池（DAFC）因能将化学能NH3直接转化为电能而受到越来越多的科学关注，绕过了能耗较高的氢重整（裂解）步骤，降低了整个系统的复杂性[[9], [10], [11], [12]]。
氨氧化反应（AOR）是DAFC阳极过程的核心，主要在碱性介质中进行研究[13,14]。这种偏好源于高pH环境下的内在热力学和动力学优势[15,16]。在碱性pH下，AOR在较低的过电位下进行，提高了能量效率[17]。此外，高浓度的羟基离子（OH?）在促进氨的吸附和表面结合中间体的氧化去除方面起着决定性作用，从而减轻了催化中毒[18]。从工程角度来看，碱性操作还减少了腐蚀问题，并允许使用更广泛的材料，包括非贵金属，这与酸性系统中典型的严重耐久性限制形成对比[[19], [20], [21]]。
历史上，AOR催化主要依赖于铂族金属（PGMs），尤其是铂（Pt）、铱（Ir）和铑（Rh）[22,23]。其中，Pt因其高效促进N–H键断裂（氨激活的限速步骤）而脱颖而出[24]。然而，这些贵金属的稀缺性和高昂成本成为DAFC技术大规模应用的主要障碍[25]。为了弥补AOR动力学本身的缓慢，许多研究在热力学强化条件下（如高温80-100°C）或部分酸化的阴极环境中报告了性能提升，这些方法可以人为提高功率密度，但会牺牲实际可行性[26,27]。
另一个关键限制在于广泛依赖半电池电化学测量[28]。虽然这些测量对于理解反应机理至关重要，但它们代表了理想化的条件，忽略了实际运行设备中存在的欧姆损耗、累积的表面中毒、气泡管理和质量传输限制[29,30]。因此，开发经济可行且运行稳健的催化剂需要在真实的燃料电池条件下进行评估[31,32]。
在这种背景下，钯（Pd）尤其是铁（Fe）成为具有战略意义的元素。Pd在碱性介质中对AOR表现出固有的催化活性，是Pt和Ir的相对便宜的替代品[33,34]。然而，铁引入了独特的互补功能，使其区别于传统的基于PGM的系统[35]。与主要促进N–H键激活的贵金属不同，铁作为亲氧促进剂，增强了表面羟基的形成，并加速了氮化中间体的氧化去除[36]。由于其低过电位下的可逆氧化还原反应（Fe2+/Fe3+），铁显著改善了水的激活和OHads物种的生成[37]。这种行为促进了双功能机制，其中Pd激活氨，而Fe提供必要的氧化物种以持续再生活性位点，从而抑制了Nads的积累和表面钝化[38,39]。
重要的是，除了催化贡献外，铁在经济性和可持续性方面也优于铂族金属。作为地壳中最丰富的过渡金属之一，铁大幅降低了材料成本和供应风险，增强了其在可扩展DAFC技术中的重要性[40]。与传统仅含PGM的催化剂相比，含铁系统在活性、耐久性和成本之间提供了更平衡的折中[41]。
因此，合理设计双金属催化剂（如PdFe）是调整电子结构、增加活性位点密度和提高DAFC长期运行稳定性的一条有前景的途径[42]。为解决这一材料和方法论上的差距，本研究调查了基于碳载铁和钯的电催化剂（Fe/C、Pd/C和PdFe/C）在氨电氧化中的应用。与仅限于旋转盘电极或半电池分析的传统研究不同，催化性能是在连续发电模式下的完整DAFC中系统评估的，这是一种要求更高且更现实的测试配置[43]。
通过使用碱性聚合物电解质膜并在室温（约25°C）下运行，同时刻意避免在阴极室中添加酸性物质，本研究为评估PdFe/C系统的真实界面协同作用建立了可控且实际相关的基准[44,45]。这样做为在操作可行的条件下推进低温DAFC技术提供了现实框架，消除了通常与极端热力学优化策略相关的性能失真[46]。
本研究的主要贡献在于在温和且现实的条件下（具体为室温约25°C、大气压，无需阴极加压或外部加热）研究了在完整单电池DAFC配置中运行的PdFe/C催化剂。这些条件与许多使用优化热系统和加压系统来最大化性能的文献报告有显著不同。
