开发低成本、高效、耐用的非贵金属电催化剂用于酸性介质中的析氧反应(OER)是实现质子交换膜水电解槽(PEM-WE)应用面临的主要挑战。众所周知，过渡金属碳化物具有类铂的电子结构和催化行为。然而，在酸性介质中单金属碳化物的OER活性较差。
近日，广东工业大学Xin Yue，黄少铭教授采用两种策略，包括构建双金属碳化物（TiTaC2）和将氟(F)掺杂到双金属碳化物（TiTaFxC2）中，以产生在酸性介质中具有高活性和稳定性的高性能OER催化剂。
文章要点
1）通过水热处理和随后的退火过程成功地设计和制备了还原氧化石墨烯(rGO)负载的双金属碳化物纳米粒子（TiTaC2 NP/rGO）。结果表明，在酸性介质中，TiTaC2 NP/rGO比单金属碳化物(TiC NP/rGO和TaC NP/rGO)具有更高的OER活性，这是由于双金属碳化物自旋态的改变。
2）将F掺杂到TiTaC2 NP/rGO中以进一步增强它们的OER活性。结果表明，掺氟双金属碳化物（TiTaFxC2 NP/rGO）表现出优异的催化活性（起始电位仅为1.42 V，达到100mA cm-2的过电位为490 mV）、更快的动力学（Tafel斜率仅为36mV dec-1）和高耐久性（1.6V下保持电流密度达 40 h），甚至优于Ir/C催化剂。
3）详细的结构表征和密度泛函理论(DFT)计算表明，双金属碳化物的电子结构发生了调整，并对其可能的机理进行了讨论。
参考文献
Min Feng, et al, Tuning Electronic Structures of Transition Metal Carbides to Boost Oxygen Evolution Reactions in Acidic Medium, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c02099
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c02099
