基于早期过渡金属碳化物和氮化物的二维MXenes具有高度可调的电化学性能，包括对析氢反应（HER）的优异催化活性。与碳化物MXenes相比，氮化物MXenes具有金属−氮键，有望赋予电催化独特的电子和结构特征。最近的研究发现，通过用不同的金属离子修饰未剥离的Ti₄N₃T_x Mxene，可以获得具有优异HER活性的金属氮化物Mxenes M-Ti₄N₃T_x（M=V，Cr，Mo和Mn；T_x=O/OH）。

近日，美国国家可再生能源实验室Nathan R. Neale，德州农工大学Abdoulaye Djire报道了利用原位X射线吸收光谱（XAS）揭示了这些二维M-Ti₄N₃T_x Mxenes的电催化HER活性机制。

文章要点

1）X射线吸收近边结构（XANES）结果显示，Ti₄N₃T_x和M-Ti₄N₃T_x MXenes在电化学过程中及其活性过程中存在多个氧化态。在大多数情况下，除了Cr-Ti₄N₃T_x MXene在HER过程中将Cr³⁺部分还原为Cr²⁺外，金属离子的氧化态在所研究的电位范围内不受影响。

2）通过扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）对M-Ti₄N₃T_x MXenes在电化学和HER条件下的结构进行了分析，进一步揭示了其在HER催化过程中，在基面上产生了氧空位。XAS数据显示，这些氧空位与金属离子还原同时发生，共同产生了用于催化HER的活性位点。

3）研究发现，合金金属既可以改变Mo-Ti₄N₃T_x MXene中Ti⁴⁺离子的还原电位，也可以作为单原子催化剂（在Cr-Ti₄N₃T_x MXene中），这两者都可以用来调节Mxene的电催化和光催化活性。

参考文献

Abdoulaye Djire, et al, Mechanisms of Hydrogen Evolution Reaction in Two-Dimensional Nitride MXenes Using In Situ X‑Ray Absorption Spectroelectrochemistry, ACS Catal. 2021

DOI: 10.1021/acscatal.0c05634

https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c05634