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潛在的高性能電催化劑——二維材料MXene

發(fā)布時(shí)間：2020-08-28 作者：harry 分享到：

伴隨著持續(xù)增長(zhǎng)的能源需求，、能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題隨之加重。因此，尋找清潔可再生能源及開(kāi)發(fā)**的能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換技術(shù)至關(guān)重要。其中，在當(dāng)前受到廣泛關(guān)注的催化領(lǐng)域，電催化技術(shù)是未來(lái)清潔能源轉(zhuǎn)化技術(shù)的核心，是解決這些潛在科學(xué)問(wèn)題的重要途徑。然而，高性能催化劑的研究，特別是非貴金屬催化劑的研究，已成為一個(gè)長(zhǎng)期的挑戰(zhàn)。

MXene是一種新型二維過(guò)渡金屬碳化物或碳氮化物，自從2011年被制備以來(lái)，目前已經(jīng)吸引了廣泛研究學(xué)者的關(guān)注。同時(shí)，MXene憑借其高比表面積、良好的導(dǎo)電性和高機(jī)械強(qiáng)度等多重優(yōu)勢(shì)在各個(gè)領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。截至目前，MXene在電化學(xué)儲(chǔ)能、催化、光熱轉(zhuǎn)換、水凈化、氣體分離、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用、電磁屏蔽等方面都有了廣泛的應(yīng)用。重要的是，MXene基材料為高活性，高選擇性和長(zhǎng)負(fù)載壽命的電催化劑的設(shè)計(jì)和制備提供了靈感。然而，隨著MXene在電催化的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，該領(lǐng)域仍缺乏系統(tǒng)的歸納和總結(jié)。

近日，大連理工大學(xué)劉安敏博士、任雪峰博士及九州工業(yè)大學(xué)馬廷麗教授系統(tǒng)地總結(jié)了MXene基材料在電催化中應(yīng)用的新進(jìn)展，包括析氫反應(yīng)（HER）、氮還原反應(yīng)（NRR）、析氧反應(yīng)（OER）、氧還原反應(yīng)（ORR）、二氧化碳還原反應(yīng)（CO₂RR）和甲醇氧化反應(yīng)（MOR）。根據(jù)電催化反應(yīng)的不同，闡明實(shí)際的催化過(guò)程，催化活性位點(diǎn)的主要作用以及潛在的催化機(jī)理，這對(duì)催化劑的研究是重要的。同時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)表面性質(zhì)、多元金屬M(fèi)Xene、復(fù)合材料協(xié)同催化等路徑可以**促進(jìn)MXene應(yīng)用于電催化領(lǐng)域。作為有關(guān)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，還討論了當(dāng)前更安全、更環(huán)保的MXene制備方法。以材料設(shè)計(jì)和增強(qiáng)方法為重點(diǎn)，著重介紹了MXene基材料作為下一代平臺(tái)在基礎(chǔ)研究和實(shí)際電催化應(yīng)用中的主要挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

我們相信，此次工作可以為從事基于MXene的電催化劑的研究人員提供深刻的理解，使他們能夠深刻理解并存的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，激發(fā)未來(lái)在基本機(jī)理，新穎的設(shè)計(jì)方法乃至大規(guī)模材料制備方面的更多突破，并提供一定的指導(dǎo)，以促進(jìn)MXene基材料在電催化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。相關(guān)論文“Recent progress on MXene-based materials: potential high-performance electrocatalysts”在線(xiàn)發(fā)表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202003437)上。

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