Chem. Eng. J.｜单分散MXene量子点边缘活性位点促进HER性能

研究摘要

2D MXene的纳米结构工程对于HER非贵金属电催化剂的设计具有指导意义。尽管如此，MXene基面有限的活性位点密度与活性极大地限制了电催化性能。鉴于此，华中科技大学张建、武汉理工大学Xueyuan Yang、寇宗魁教授研究团队在《Chemical Engineering Journal》发表最新研究成果，通过将2D MXene纳米片转化为0D量子点（QDs），丰富了来自于边缘的活性位点，以提升HER性能。同时，通过扩展到其他MXene基量子点中的应用，证明了这种方法的普适性，包括M-Ti₃C₂ QDs，M-V₂C QDs，S-Nb₂C QDs，M-Nb₂C QDs，M与S分别代表多层或单层MXene纳米片。以Ti基MXene为例，单分散的QDs表现出的活性是纯相MXene纳米片的13.7倍，同时还具有良好的稳定性。本文认为，QDs的边缘金属原子更有利于与中间产物H*结合，产生更低的能垒，尤其是对于羟基官能团化的官能团来说是有益的。

图文导读

图1. 0D Ti₃C₂T_x QDs的合成过程示意图与微观结构表征。

图2. M-Ti₃C₂ QDs，M-V₂C QDs，S-Nb₂C QDs，M-Nb₂C QDs的结构、形貌、尺寸分布与AFM图像。

图3. 0D Ti₃C₂ QDs的结构与XPS光谱。

图4. Ti，V与Nb基MXene量子点的HER电化学性能。

图5. Ti，V与Nb基MXene量子点的边缘位点与基面的理论模型与吉布斯自由能。

总结

       2D MXene纳米片通过Li插层策略使其转化为0D量子点，以促进活性边缘位点并降低能垒。单分散MXene量子点的HER性能要比相应初始MXene纳米片高数倍，在2000循环后仍然具有优异的稳定性。该研究说明MXene量子点边缘处的金属原子相对于基面原子具有更优异的HER催化活性，尤其对于羟基官能团化的MXene，为MXene基HER催化剂的低维度设计指明了方向。

文献链接

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136119

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