设计在较宽的pH范围内具有高活性和耐久性的非贵金属双功能电催化剂,对于开发高效,经济高效且简化的整体水分解体系至关重要。
近日,韩国成均馆大学Ho Seok Park,Jung Kyu Kim报道了通过简单水热合成法,制备了具有高双功能活性的核壳结构的Mxene@Carbon(MX@C)纳米点杂化材料,其中N掺杂的碳壳以异质外延的方式与Mxene核发生强烈的相互作用。
文章要点
1)MX@C纳米点杂化材料在pH为0~14的范围内对电化学析氢反应(HER)表现出较高的催化活性。在pH为14时,MX@C在10 mA/cm2时的起始电位低至134 mV,Tafel斜率为32 mV/dec,最低电荷转移电阻为79 Ω,并且具有长期电催化稳定性。
2)就OER而言,与原始BVO光电阳极相比,MX@C杂化修饰的BVO光电阳极显著改善了PEC性能,并具有增强的光吸收和电荷转移效率。在磷酸盐缓冲电解液中,1次阳光照射下,在1.23 V(相比于可逆氢电极)下获得了比原始Mo:BiVO4高1.5倍的光电流密度(分别为2.56 mA/cm2和1.67 mA/cm2)。
3)研究人员展示了在中性pH电解液中,1个阳光照射下,所开发基于MX@C阴极和MX@C/Mo:BiVO4光阳极的整体水分解电池,证明了该复合催化剂的优越性。这些电池的电流密度从0.78增强到1.23 mA / cm2,在8小时内具有长期耐久性。
这种具有富N碳壳的核壳结构,基于MXene的杂化材料为开发高性能和低成本的能量转换体系提供了在宽pH范围内具有高活性的双功能电催化剂的合理设计。
参考文献:
Duong Nguyen Nguyen, et al, Core−Shell Structured MXene@Carbon Nanodots as Bifunctional Catalysts for Solar-Assisted Water Splitting, ACS Nano, 2020
DOI: 10.1021/acsnano.0c08436
https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c08436