2D过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）是一类重要的、正在发展中的2D材料，由于其独特的电子、物理、化学和机械性能，已被证明是一种极有前途的多相电催化候选材料。Mxenes和Mxene衍生的电催化剂已被用于各种电化学反应，包括析氢反应、析氧反应、氧还原反应、二氧化碳还原反应、氮还原反应和甲醇氧化反应。基于地球储量丰富的金属的Mxenes具有大规模应用的潜力，同时其精准的结构可确定活性中心和催化机理。
近日，美国布鲁克海文国家实验室Jingguang G. Chen，天津大学韩优教授综述了MXenes在电催化领域的最新研究进展，并提出了MXenes和具有理想电催化性能的MXenes基材料的设计和制造所面临的挑战和机遇。
文章要点
1）作者首先简要概述了MXenes和MXene基电催化剂的合成方法。与毒性较大的HF或氟盐刻蚀方法相比，熔盐刻蚀和电化学刻蚀可以避免毒性问题，为工业化合成提供了可能性。
2）MXenes和MXenes衍生的电催化剂广泛应用于HER、ORR、OER、CO2RR、NRR和MOR等反应。通过原位表征技术和理论计算来确定反应条件下的催化机理，对于设计和开发高效的MXenes和MXene基电催化剂至关重要。此外，在MXene上通过负载TM和其他活性成分产生的协同效应也为调整其活性和选择性提供了机会，同时减少了PGM负载量。
3）作者最后提出了开发MXene基电催化剂面临的挑战和机遇，包括：i）开发MXenes的无HF合成方法至关重要；ii）表面端接，即金属和其他活性成分的锚定，可以调节MXenes的电子和结构性质，而为了合成具有所需表面端接作用的MXene，对合成方法中使用的各种蚀刻剂的系统理解至关重要；iii）在电化学过程中，活性催化物质的表面组成可能会发生很大变化，因此利用原位表征技术至关重要；iv）利用DFT计算，以更深入地了解MXene与负载金属或活性组分之间的协同作用，以阐明各种电催化反应；v）通过与其他活性催化物种协同来稳定关键中间体对于提高产物的选择性至关重要。
参考文献：
Yan Wang, et al, Challenges and Opportunities in Utilizing MXenes of Carbides and Nitrides as Electrocatalysts, Adv. Energy Mater. 2020
DOI: 10.1002/aenm.202002967
https://doi.org/10.1002/aenm.202002967
