北科納米可提供Ir原子橋連N/S共摻雜MXene(可定制)

研究摘要

二維Ti3C2Tx? MXenes由于具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，作為低成本單原子負(fù)載的結(jié)構(gòu)基底時(shí)具有很大潛力。然而，對(duì)MXene與單原子之間的相互作用的系統(tǒng)化探究仍然還處于起步階段。鑒于此，臺(tái)灣同步輻射研究中心Chan Ting-Shan、湖南大學(xué)羅敏、譚勇文教授研究團(tuán)隊(duì)在《J. Mater. Chem. A》上發(fā)表最新研究成果，構(gòu)筑了一種在多孔異質(zhì)原子（N，S）共摻雜的Ti3C2Tx上負(fù)載的Ir單原子催化劑。根據(jù)XAS結(jié)果分析，研究發(fā)現(xiàn)Ir原子與N、S原子之間原位形成一種新的橋連結(jié)構(gòu)，使Ir原子在N，S摻雜的Ti3C2Tx上具有良好的分散性。優(yōu)化的IrSA-2NS-Ti3C2Tx催化劑在酸性與堿性環(huán)境中均具有優(yōu)異的HER活性。DFT計(jì)算結(jié)果表明，N/S共摻雜的Ti3C2Tx能夠捕獲來(lái)自于Ir單原子的電子，從而在Ti3C2Tx的界面處導(dǎo)致了電荷的重分布，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了HER活性的提升。該工作為提升電催化原子級(jí)分布的活性位點(diǎn)橋聯(lián)狀態(tài)的調(diào)控提供了新的思路。

圖文導(dǎo)讀

圖1.?IrSA-2NS-Ti3C2Tx催化劑的合成過(guò)程與微觀形貌表征。

圖2.?Ir單原子的化學(xué)狀態(tài)與配位環(huán)境。

圖3.?不同Ir-NS-Ti3C2Tx催化劑電催化HER性能。

圖4.?DFT理論計(jì)算。

總結(jié)

? ? ??本文證明了多孔N/S共摻雜Ti3C2Tx支撐與Ir單原子之間的電子金屬支撐相互作用(EMSI)，這種相互作用的強(qiáng)弱可以通過(guò)N-S比例而進(jìn)行調(diào)控。結(jié)合XAS與HAADF-STEM分析，證明Ir原子與氮或硫原子之間原位形成的橋連結(jié)構(gòu)。理論計(jì)算表明，N/S共摻雜的Ti3C2Tx能夠通過(guò)高度配位的Ir-N與Ir-S相互作用從而捕獲Ir原子中的電子，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)界面處的電子重分布。上述的EMSI相互作用可以在界面處誘導(dǎo)再雜化與電荷傳輸，這是通過(guò)形成新的化學(xué)鍵與分子能級(jí)重排而實(shí)現(xiàn)的。

文獻(xiàn)鏈接

https://doi.org/10.1039/D2TA00550F

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