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重庆大学党杰ACS Nano：协同界面优化策略，助力MXene@RuCo异质结构高效电催化水分解

时间：2023-05-30 来源： 浏览：

重庆大学党杰ACS Nano：协同界面优化策略，助力MXene@RuCo异质结构高效电催化水分解

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贵金属催化剂(Pt/C和RuO 2 )作为析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的基准电催化剂，具有超低过电位和优异的长期耐久性，在工业中得到了广泛的应用。然而，由于这些材料的稀缺性和高成本，提高了电催化水分解的成本。虽然镍基合金催化剂在碱性水电解过程中得到了广泛的应用，但其性能仍有待进一步提高。
因此，必须通过使用更廉价的非贵金属材料或减少贵金属的使用量，以实现高效、低成本的电催化水分解。
基于此， 重庆大学党杰 课题组采用协同界面优化策略制备了MXene纳米片负载金属-有机骨架(MOF)衍生的异质结构电催化剂(MXene@RuCo NPs)，并将其用于高效水分解。
电化学性能测试结果表明，在碱性条件下，所制备的MXene@RuCo NPs表现出优异的HER和OER活性。
具体而言，MXene@RuCo NPs在10 mA cm −2 电流密度下的HER和OER过电位分别为20和253 mV，Tafel斜率分别为30.4和61.3 mV dec −1 ；该催化剂还具有优异的稳定性，其HER和OER的LSV曲线在CV循环1000次后仅表现出少量衰减。
此外，利用MXene@RuCo NPs构建的MXene@RuCo NPs (−)//MXene@RuCo NPs (+)水电解槽仅需1.52 V的电池电压就能产生10 mA cm −2 的电流密度，优于大多数最近报道的碱性水电解槽。
实验结果和密度泛函理论(DFT)计算表明，RuCo纳米粒子具有比Co纳米粒子更小的催化质量活性；并且，Ru作为引入的第二活性中心，不仅降低了OER过程中限速步骤的能垒，而且还抑制了Co的过氧化，使Co中心能够实现优异的HER性能。
最重要的是，MXene诱导了非均相界面之间的电荷重新分布，优化了界面的物理化学性质，提高了催化剂的导电性和亲水性，加速了电荷转移速率，从而为高效电解水分解提供了一个优化和良好的界面。
总之，该项工作为合成界面性能优化、协同效应大的催化剂提供了一种有效的界面工程策略。
Collaborative Interface Optimization Strategy Guided Ultrafine RuCo and MXene Heterostructure Electrocatalysts for Efficient Overall Water Splitting. ACS Nano, 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c02956

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