MXene基複合材料應用於高效電催化全解水

據Material Views網站報道：作為一類新興的二維材料，MXene近年來受到了納米、能源存儲、能源轉換等領域科研人員的廣泛關注。尤其是在電催化分解水應用中，由於MXene具有可調的金屬-碳/氮化合物特征及良好的導電性，已經有一些研究人員開始注意到以MXene為基體構築的非貴金屬基納米複合材料在電催化分解水領域的重要應用前景。

然而，作為最常用的一類MXene，Ti₃C₂T_x目前尚存在催化活性不高的問題。因此

，尋找合適的活性材料和合成方法
，實現對Ti₃C₂T_x MXene的表麵修飾和複合結構的構築
，是進一步提高該材料電催化活性的重要手段。

針對Ti₃C₂T_x MXene表麵存在豐富的−OH、−F等官能團這一特點，新加坡南洋理工大學顏清宇教授課題組近期報到了一種利用這些表麵官能團的氫鍵作用誘導MXene與金屬氫氧化物納米片自組裝並進行低溫固相反應的合成方法，成功合成了一係列以鎳鐵雙金屬硫代磷酸鹽納米馬賽克（Ni₁−xFe_xPS₃）進行表麵修飾的MXene基0維−2維複合材料。在自組裝過程中
，反應的驅動力為金屬氫氧化物納米片表麵的氫氧根與MXene表麵的−F官guan能neng團tuan形xing成cheng的de氫qing鍵jian相xiang互hu作zuo用yong。同tong時shi，由you於yu金jin屬shu氫qing氧yang化hua物wu納na米mi片pian表biao麵mian氫qing氧yang根gen之zhi間jian的de斥chi力li作zuo用yong，組zu裝zhuang後hou的de產chan物wu可ke以yi在zai水shui中zhong維wei持chi穩wen定ding。通tong過guo冷leng凍dong幹gan燥zao方fang法fa
，可ke以yi得de到dao保bao持chi良liang好hao納na米mi片pian形xing貌mao的deMXene基納米複合物。相較於其它自下而上的生長方法
，該組裝方法簡單易行，且可以獲得麵−麵mian堆dui積ji的de複fu合he材cai料liao。在zai進jin一yi步bu與yu單dan質zhi磷lin與yu硫liu的de共gong同tong固gu相xiang反fan應ying中zhong，金jin屬shu氫qing氧yang化hua物wu納na米mi片pian將jiang轉zhuan化hua為wei金jin屬shu硫liu代dai磷lin酸suan鹽yan。同tong時shi
，由you於yu生sheng成cheng的de金jin屬shu硫liu代dai磷lin酸suan鹽yan與yuMXene基底的晶格失配
，最終金屬硫代磷酸鹽將形成納米馬賽克狀產物並覆蓋在MXene表麵。這也是首次在MXene表麵上實現金屬硫代磷酸鹽化合物的複合。

通過調節鎳：鐵的比例
，可觀察到該複合物的OER性能隨鐵摻雜量的增加而逐步提升
，在鎳：鐵比為7:3時出現最優值
，達到10 mA·cm⁻²電流密度的產氧過電位僅為282 mV, 塔菲爾斜率為36.5 mV/dec。而對於HER反應
，當鎳：鐵比為9:1時該複合材料具有最好的催化活性（電流密度達到10 mA·cm⁻²的產氫過電位為196 mV，塔菲爾斜率114 mV/dec）。而以上述兩部分複合材料分別作為正負極組裝進行電催化全解水測試時，該組合達到10 mA·cm⁻²電流密度時的工作電位僅需1.65 V，優於二氧化銥/鉑碳基的貴金屬催化劑組合。

該複合材料的成功合成不僅為MXene基複合材料的設計合成提供了新的方法指導
，也對其它材料的組裝合成提供了重要的思路。相關文章在線發表在Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201801127）上。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201801127。