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中國科學院金屬研究所王曉輝課題組--超穩定的MXene@Pt/SWCNTs納米催化劑用于析氫反應
      開發納米級或原子級的Pt基電催化劑用于氫析出反應(HER),這對于緩解Pt儲量低的問題非常重要。這里,提出了一種方法來構建分級的Pt-MXene-單壁碳納米管(SWCNTs)異質結構用于HER催化。在該異質結構中,高活性的納米/原子級金屬Pt固定在Ti3C2Tx MXene薄片(MXene @ Pt)上,它與導電的SWCNT框架相連接。利用MXene的親水性和可還原性等優勢,MXene @ Pt膠體懸浮液可通過自發將Pt陽離子還原成金屬Pt制備而得,無需額外的還原劑或后處理。如此制備的分級HER催化劑(以膜的形式存在),在800 h工作期間顯示出高的穩定性,在-50 mV vs. RHE時,體積電流密度高達230 mA cm−3。該溶液處理的策略提供了一種簡單,高效但可擴展的方法來構建穩定高效的HER催化劑??紤]到Pt-MXene-SWCNT分級結構的性質和結構-活性關系,其他MXene可能在HER電催化中有著更大的應用前景。
 
Figure 1. (a)制備Ti3C2Tx膠體懸浮液和(b)MXene@Pt/SWCNTs納米催化劑的示意圖。                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  
 
Figure 2.形貌及元素分析。(a)幾層Ti3C2Tx納米薄片的TEM圖,(b)Ti3C2Tx@5Pt 的TEM圖,(c-d)MXene@5Pt的HAADF-STEM圖和相應的元素分布圖,(e)原子級HAADF-STEM圖,(f)Pt顆粒尺寸分布情況,(g)觀察到單個Pt原子,(h)尖端探頭超聲處理后SWCNT的TEM圖,(i)SWCNT薄膜的SEM圖。
 

Figure 3. 催化劑的HER性能表征。(a-b)極化曲線(分別用面積電流和體積電流呈現),(c)Tafel斜率,(d)S-M-5Pt催化劑的LSV曲線,(e)5片S-M-5Pt的長時間穩定性測試。
 

Figure 4. 動力學研究。(a,b,d,e)不同電極在-50 mV電位下的EIS圖,(c)贗電容行為和(f)HER行為的等效電路圖。
 
     該研究工作由中國科學院金屬研究所王曉輝課題組于2020年發表在Adv. Funct. Mater.期刊上。原文:Ultrastable MXene@Pt/SWCNTs' Nanocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction
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