邱介山: 基于聚合的3D MXene架构作为完全分解水的高效双功能电催化剂

youwuyang

由于具有不同寻常的结构和性能，MXene成为了一种非常有吸引力的二维（2D）材料。它们的通式是Mn+1XnTx（n = 1-3），其中M是过渡金属（例如Ti、V、Nb、Mo等），X是C或N元素，而T代表化学基团，例如-OH、-O、-Cl和-F。具有广泛的化学和结构变化性能使得它们有良好的吸引力性能，例如与费米能级附近的高电子态密度相关的高导电性、优异的亲水性、良好的机械稳定性以及通过接枝化学基团以实现丰富的表面化学。最近报道的Ti3C2和Nb2C MXenes用于体内光热疗法表现出良好的生物相容性和近红外吸附。这些优点使得MXene在诸如储能、催化、透明电子器件、分离膜、传感器、复合材料增强、电磁屏蔽和生物医学等广泛领域中非常有前景。然而，通过范德华力的片状聚集限制了基于MXene的材料/器件的功能性、可加工性。

近日，大连理工大学的邱介山教授和王治宇教授等报道了利用毛细强压组装策略加工MXene为具有几何形状的高抗聚集性的分层3D结构。3D MXene的抗聚集性能不仅使表面积加倍，而且不损坏MXene的固有性能，例如良好的动力学框架、高稳定性和溶液-固态的优异加工性等。3D MXene与电化学活性物质相协同耦合，使得混合物系统具有非常高的活性表面积、电荷转移动力学和质量扩散速率。特别是CoP-3D MXene杂化物对碱性电解质中氧和氢的释放表现出高电催化活性。作为一种双功能电催化剂，它们表现出优异的电池电压和耐久性，结合RuO2/Pt催化剂用于碱性溶液中使水完全分解，突出了高抗聚集性3D MXene作为一种高性能电催化剂的巨大应用潜力。研究成果以题为“Aggregation-Resistant 3D MXene-Based Architecture as Efficient Bifunctional Electrocatalyst for Overall Water Splitting”发表在国际著名期刊ACS Nano上。