Advanced Functional Materials:潜在的高性能电催化剂——二维材料MXene

伴随着持续增长的能源需求,、能源危机和环境污染问题随之加重。因此,寻找清洁可再生能源及开发高效的能量存储和转换技术至关重要。其中,在当前受到广泛关注的催化领域,电催化技术是未来清洁能源转化技术的核心,是解决这些潜在科学问题的重要途径。然而,高性能催化剂的研究,特别是非贵金属催化剂的研究,已成为一个长期的挑战。

MXene是一种新型二维过渡金属碳化物或碳氮化物,自从2011年首次被制备以来,目前已经吸引了广泛研究学者的关注。同时,MXene凭借其高比表面积、良好的导电性和高机械强度等多重优势在各个领域显示出巨大的应用潜力。截至目前,MXene在电化学储能、催化、光热转换、水净化、气体分离、生物医学应用、电磁屏蔽等方面都有了广泛的应用。重要的是,MXene基材料为高活性,高选择性和长负载寿命的电催化剂的设计和制备提供了灵感。然而,随着MXene在电催化的应用越来越广泛,该领域仍缺乏系统的归纳和总结。

近日,大连理工大学刘安敏博士、任雪峰博士及九州工业大学马廷丽教授全面系统地总结了MXene基材料在电催化中应用的最新进展,包括析氢反应(HER)、氮还原反应(NRR)、析氧反应(OER)、氧还原反应(ORR)、二氧化碳还原反应(CO2RR)和甲醇氧化反应(MOR)。根据电催化反应的不同,阐明实际的催化过程,催化活性位点的主要作用以及潜在的催化机理,这对催化剂的研究是极为重要的。同时,通过调节表面性质、多元金属MXene、复合材料协同催化等路径可以有效促进MXene应用于电催化领域。作为有关实验的关键环节,还讨论了当前更安全、更环保的MXene制备方法。以材料设计和增强方法为重点,着重介绍了MXene基材料作为下一代平台在基础研究和实际电催化应用中的主要挑战和机遇。

我们相信,此次工作可以为从事基于MXene的电催化剂的研究人员提供深刻的理解,使他们能够深刻理解并存的挑战和机遇,激发未来在基本机理,新颖的设计方法乃至大规模材料制备方面的更多突破,并提供一定的指导,以促进MXene基材料在电催化领域的广泛应用。相关论文“Recent progress on MXene-based materials: potential high-performance electrocatalysts”在线发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202003437)。上。