北科納米可提供單分散MXene量子點(可定制)

研究摘要

2D MXene的納米結(jié)構(gòu)工程對于HER非貴金屬電催化劑的設計具有指導意義。盡管如此，MXene基面有限的活性位點密度與活性極大地限制了電催化性能。鑒于此，華中科技大學張建、武漢理工大學Xueyuan Yang、寇宗魁教授研究團隊在《Chemical Engineering Journal》發(fā)表最新研究成果，通過將2D MXene納米片轉(zhuǎn)化為0D量子點（QDs），豐富了來自于邊緣的活性位點，以提升HER性能。同時，通過擴展到其他MXene基量子點中的應用，證明了這種方法的普適性，包括M-Ti3C2?QDs，M-V2C QDs，S-Nb2C QDs，M-Nb2C QDs，M與S分別代表多層或單層MXene納米片。以Ti基MXene為例，單分散的QDs表現(xiàn)出的活性是純相MXene納米片的13.7倍，同時還具有良好的穩(wěn)定性。本文認為，QDs的邊緣金屬原子更有利于與中間產(chǎn)物H*結(jié)合，產(chǎn)生更低的能壘，尤其是對于羥基官能團化的官能團來說是有益的。

圖文導讀

圖1.?0D?Ti3C2Tx?QDs的合成過程示意圖與微觀結(jié)構(gòu)表征。

圖2.?M-Ti3C2?QDs，M-V2C QDs，S-Nb2C QDs，M-Nb2C QDs的結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸分布與AFM圖像。

圖3.?0D?Ti3C2?QDs的結(jié)構(gòu)與XPS光譜。

圖4.?Ti，V與Nb基MXene量子點的HER電化學性能。

圖5.?Ti，V與Nb基MXene量子點的邊緣位點與基面的理論模型與吉布斯自由能。

總結(jié)

? ? ? ?2D MXene納米片通過Li插層策略使其轉(zhuǎn)化為0D量子點，以促進活性邊緣位點并降低能壘。單分散MXene量子點的HER性能要比相應初始MXene納米片高數(shù)倍，在2000循環(huán)后仍然具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。該研究說明MXene量子點邊緣處的金屬原子相對于基面原子具有更優(yōu)異的HER催化活性，尤其對于羥基官能團化的MXene，為MXene基HER催化劑的低維度設計指明了方向。

文獻鏈接

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

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