开发高效的电化学水分解(EWS)电催化剂对于实现全面制氢至关重要。通过水热法合成不含贵金属的异质结构电催化剂Ti3C2 MXene纳米片集成钴掺杂氢氧化镍(NHCoMX)复合物。Ti3C2 MXene纳米片(MX)集成微体系结构中丰富的孔隙增加了活性位点的数量，促进了电荷转移，从而增强了电催化。具体而言，MX增强的电荷转移显著改变了掺钴的Ni(OH)2 (NHCo)的微电子结构，这促进了其析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。因此，作为一种EWS催化剂，NHCoMX表现出异常的电催化活性，证明OER和她的超电势分别为310 mV和73 mV，塔菲尔斜率分别为65mV dec-1和85mV dec-1；它在1.0mol L 1 KOH中表现出10mV cm2的电流密度，代表了与最先进的RuO2和Pt/C催化剂最接近的效率。此外，开发的电催化剂提高了HER和OER的活性，导致在具有两个电极的碱性电解液中，在1.72 V下总EWS电流密度为10ma cm2。本研究描述了一种有效的异质结构NHCoMX复合电催化剂。它可以与最先进的电催化剂相媲美，并且可以扩展到制造用于大规模EWS应用的资源丰富的催化剂。
  
示意图1. (a)Ti3C2 MXene纳米片的合成;( b)异质结构的ti3c 2 MXene集成钴掺杂氢氧化镍复合电催化剂的合成。
  
图 1. (a)Ni(OH)2、钴掺杂的Ni(OH)2和MXene纳米片整合的钴掺杂的Ni(OH)2的XRD图(b，c)Ni(OH)2、钴掺杂的Ni(OH)2的Rietveld细化[插图:晶体结构](d)Ni(OH)2、钴掺杂的Ni(OH)2和MXene纳米片整合的钴掺杂的Ni(OH)2的FTIR光谱。
  
图2. (a) NH、(b) NHCo和(c) NHCoMX3的FE-SEM图像。
 

图 3. (a–d)MXNS、(e–h)NHCo、(I–l)NH comx 3、(m–r)Ni、Co、O、Ti和C的元素映射的FE-TEM图像、低分辨率图像和SAED图案，以及(NHCoNX3的EDX光谱。
  
图 4. NHCoMX3、NHCo和NH的高分辨率XPS光谱。(a)测量(b) Ni 2p、(c) Co 2p、(d) O 1s、(e) C 1s和(f) Ti 2p的扫描光谱。
  
图 5. (a) N2吸附-解吸等温线。(b)NH、NHCo和NHCoMX3的孔径分布。
   
图6. 1.0摩尔L 1 KOH中的电化学析氧反应(OER)性能。(a) OER极化曲线。(b)相应的塔菲尔图。(c)在电流密度为10、20和50mA cm-2时，NH、NHCo、NHCoMX3和RuO2的过电位比较图。奈奎斯特图(插图:等效电路模型)。(e)稳定性试验中NH、NHCo和NHCoMX3在10mA cm-2下10小时的计算Cdl值(f)计时电位法(V–t)曲线。
  
图7. 1.0摩尔L 1 KOH中的电化学析氢反应(HER)性能。(a)她的极化曲线。(b)相应的塔菲尔图。(C)在电流密度为10、20和50mA cm-2时，NH、NHCo、NHCoMX3和Pt/C的过电位比较图。(d)在10mA cm-2下进行10小时稳定性测试时，NH、NHCo和NHCoMX3的计时电位法(v–t)曲线。(e)电解的总体水分解性能:NH ⎜⎜NH和NHCoMX3 ⎜⎜NHCoMX3.的LSV曲线(f)nhcomx3⎜⎜nhcomx3在10毫安厘米-2下600分钟的电化学稳定性。(插图:NHCoMX3上的气泡在整个水分解过程中溢出的照片。)
  
图8。(NHCoMX3在OER过程之前和之后的XRD图案以及在10小时计时电位法之后的XRD图案。NHCoMX3 (b) Ni 2p，(c) Co 2p和(d) O 1s的XPS光谱；(e，f)OER前后NHCoMX3的SEM图像，(g-I-VI)OER处理后NHCoMX3的SEM图像和EDS元素图。
 
       相关科研成果由庆北大学Dae Sung Lee等人于2024年发表在Green Energy & Environment（https://doi.org/10.1016/j.gee.2024.08.006）上。原文：Ti3C2 MXene nanosheets integrated cobalt-doped nickel hydroxide heterostructured composite: An efficient electrocatalyst for overall water-splitting
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.gee.2024.08.006

转自《石墨烯研究》公众号