二维过渡金属碳化物和氮化物(MXenes)因其金属导电性、丰富的表面活性位点和较高的比表面积而成为极有前途的析氢反应催化剂。在MXenes表面引入单个过渡金属原子（TM）是提高其HER性能的一种很好的方法。然而，以往理论研究中，TM对MXenes的影响主要集中在纯官能团上，忽略了杂化官能团，而杂化官能团多在实验中观察到。

有鉴于此，北京航空航天大学张瑞峰教授等人，通过第一性原理计算系统地研究了 Ti₂CTx 在四种热力学稳定 F/O 比下的 HER 性能。

本文要点

1）结果表明，具有最多O官能团的Ti₂CO_1.33F_0.67 (ΔGH = 0.108 eV)表现出优异的 HER 催化活性，可与铂金属相媲美。基于 Ti₂CTx 结构对 ≈200 TM 的进一步组合筛选表明，Rh、Ti、Ir 和 Pt 是最佳的 TM 候选物，其 ΔGH 接近于零，可增强对应变调制的敏感性并降低析氢的活化势垒。

2）然后，研究了单原子修饰前后对HER的应变调节，表明TM的存在可以提高材料对应变调节的敏感性，进一步降低了H₂脱附反应的能量势垒，提高了HER的效率。

3）最后，引入了从元素周期表中很容易得到的广义ψ，为筛选最有希望的TMs-Ti₂CTx对提供了一种有用的方法，ψ通过反映TM对反键轨道的电子填充贡献，揭示了活性中心的电子结构对HER催化活性的影响。

总之，该工作为MXenes的单原子修饰提供了具有高HER性能的候选材料，并为筛选具有理想催化性能的MXenes提供了有用的描述符。

参考文献：

Yitao Gu et al. Single Atom-Modified Hybrid Transition Metal Carbides as Efficient Hydrogen Evolution Reaction Catalysts. Advanced Functional Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adfm.202104285

https://doi.org/10.1002/adfm.202104285