在各種催化反應(yīng)中，Pt是一種高效的催化劑，但其高成本和有限的活性性阻礙了它的廣泛應(yīng)用?？朔鲜鎏魬?zhàn)的一個(gè)有效策略是通過將Pt與非貴金屬摻雜并將這些納米合金分散到合適的載體上來形成納米合金，該方法增加了活性中心的數(shù)量，降低了貴金屬催化劑的使用成本，提高了貴金屬催化劑的利用效率。MXenes是一類由過渡金屬碳化物和氮化物組成的二維化合物。由于其帶隙可調(diào)、比表面積高、電子導(dǎo)電性好、機(jī)械穩(wěn)定性好，MXenes常用作負(fù)載貴金屬和合金的載體。

以高溫熔鹽為溶劑，利用Lewis酸刻蝕MAX合成MXenes能夠通過調(diào)節(jié)熔鹽中金屬離子的濃度和類型，可以調(diào)節(jié)氧化環(huán)境來蝕刻MAX中的A位元素。這一過程使得生成的Mxene穩(wěn)定地存在于溫和的高溫熔鹽中，并伴隨著還原金屬的生成。

受制備MXenes過程中氧化、還原和金屬離子在高溫熔鹽中溶解耦合的啟發(fā)，中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所王建強(qiáng)、湯睿和申淼等報(bào)道了一種一步法制備Mxene負(fù)載Pt納米合金催化劑的方法，其能夠直接將Ti3AlC2轉(zhuǎn)化為Pt-M@Ti3C2Tx催化劑(其中M表示過渡金屬)。

具體而言，該方法是以熔鹽作為反應(yīng)介質(zhì)在高溫下溶解過渡金屬離子和Pt離子，過渡金屬離子在高溫下氧化Ti3AlC2前驅(qū)體中A位元素，由此產(chǎn)生的過渡金屬進(jìn)一步還原Pt離子形成合金，并且Pt-M納米顆粒均勻分散在Ti3C2Tx表面。

性能測(cè)試結(jié)果顯示，最優(yōu)的Pt-Co@Ti3C2Tx催化劑在堿性溶液中僅需52 mV的HER過電位就能產(chǎn)生10 mA cm?2的電流密度，并且其在120 mA cm?2電流密度下連續(xù)運(yùn)行25小時(shí)而沒有發(fā)生明顯的活性下降。

密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，Pt-Co@Ti3C2Tx的ΔGH比商業(yè)Pt/C更接近于0 eV；并且，與含有其他過渡金屬的Pt-M@Ti3C2Tx相比，Pt-Co合金與Ti3C2Tx載體之間的界面距離最小(Pt-Co合金與Ti3C2Tx基底之間的耦合效應(yīng)最大)。因此，Pt-Co合金與載體通過界面電荷重新分配的耦合作用可以協(xié)同增強(qiáng)HER活性。

更重要的是，Pt-M@MXene催化劑可以通過改變添加到混合物中的過渡金屬離子而擴(kuò)展到包括二元、三元或四元Pt基合金，這為開發(fā)高效的MXenes負(fù)載的貴金屬合金催化劑提供了一條有前景的策略。

Simple one-step molten salt method for synthesizing highly efficient MXene-supported Pt nanoalloy electrocatalysts. Advanced Science, 2023. DOI: 10.1002/advs.202303693

華算科技是專業(yè)的理論計(jì)算與科研測(cè)試解決方案服務(wù)商，為高校和企業(yè)的科研團(tuán)隊(duì)提供材料、催化、能源、生物等領(lǐng)域的理論計(jì)算和測(cè)試表征解決方案。

華算科技已向國(guó)內(nèi)外600多家高校/科研單位提供了超過10000項(xiàng)理論計(jì)算和測(cè)試表征服務(wù)，部分團(tuán)隊(duì)研究成果已發(fā)表在Nature、Nature系列、Science子刊、AM系列、ACS系列、RSC系列、EES等國(guó)際頂級(jí)期刊。