析氯反应（CER）是氯碱电解生产氯气和活性氯的关键步骤。目前，制造能够在最小过电势下产生高电流密度的电极仍然是推进氯析出反应领域的核心挑战。在这里，我们通过 MXene 表面官能团与金属之间良好的亲和力和诱导沉积效应，在 MXene@碳布（CC）上生长 TiO₂ 和 RuO₂。构建了一种自支撑电极（RuTiO₂ /MXene@CC），在电催化剂-载体界面处具有强结合力，在电催化剂-气泡界面处具有弱粘附力。 RuTiO₂ /MXene@CC可以通过调节异质界面的电子重新分布来降低RuO₂的电子密度，从而增强Cl−的吸附。RuTiO₂ /MXene@CC可以在220 mV的小过电势下实现1000 mA·cm⁻²的高电流密度，优于商业尺寸稳定阳极（DSA）。这项研究为在高电流密度下构建高效 CER 催化剂提供了一种新策略。

 
Fig 1. RuTiO₂ /MXene@CC 的合成示意图。

 
Fig 2. (a) MXene@CC 的 SEM 图像。 (b) 和 (c) SEM 图像，(d) TEM 图像，(e)–(g) HRTEM 图像，(h) SAED 图案，以及 (i) RuTiO₂ /MXene@CC 的元素映射。

 
Fig 3. (a) RuTiO₂ /MXene@CC、RuO₂ /CC 和 MXene@CC 的 XRD 图谱。 (b) RuTiO₂ /MXene@CC 和 MXene@CC 的拉曼光谱，范围为 100 至 2000 cm⁻¹。 (c) RuTiO₂ /MXene@CC 的 O 1s、(d) RuTiO₂ /MXene@CC 和 RuO₂ /CC 的 Ru 3p 和 Ti 2p、(e) TiO₂ /MXene@CC 的 Ti 2p 和(f) RuTiO₂ /MXene@CC 和 RuO₂ /CC 的 Ru 3d。

 
Fig 4. (a) RuTiO₂ /MXene@CC、RuO₂、MXene@CC 和 DSA 在 4 M NaCl (pH = 2) 下的 LSV 曲线。 (b) RuTiO₂ /MXene@CC、RuO₂ 和 DSA 在 100、500 和 1000 mA·cm⁻² 不同电流密度下的交叉点比较。 (c) RuTiO₂ /MXene@CC、RuO₂ /CC 和 DSA 中 CER 的相应塔菲尔图。 (d)不同催化剂的EIS奈奎斯特图。 (e) RuTiO₂ /MXene@CC、RuO₂ 和 DSA 在 4.0 M NaCl 中的 Cdl。 (f) 通过 CER 中 RuTiO₂ /MXene@CC、RuO₂ /CC 和 DSA 的 ECSA 归一化的极化曲线。 (g) RuTiO₂ /MXene@CC、RuO₂ /CC、MXene@CC 和 DSA 催化剂在 4 M NaCl (pH = 2) 电解质中的 CER 选择性通过碘滴定法测定。 (h) RuTiO₂ /MXene@CC 电极在电流密度为 10 mA·cm⁻² 时的计时电流 (i–t) 曲线。

 
Fig 5. MXene@CC、RuO₂ /CC、RuTiO₂ /MXene@CC 和 DSA 的（a）接触角测量照片，（b）电解质接触角，（c）氯接触角。

 
Fig 6. (a) RuTiO₂ /MXene@CC 在不同 [Cl⁻] 下的 LSV 曲线。 (b) RuTiO₂ /MXene@CC 的 log j 与 log[Cl⁻] 图。
 
      相关研究由青岛科技大学Bin Li 和 Lei Wang课题组于2024年联合在线发表在《Nano Research》期刊上，RuO₂/TiO₂/MXene with multi-heterojunctions coating on carbon cloth for high-activity chlorine evolution reaction at large current densities, 原文链接：https://doi.org/10.1007/s12274-024-6419-6

转自《石墨烯研究》公众号