J. Mater. Chem. A｜Ir原子桥连N/S共掺杂MXene加速析氢

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北科纳米可提供Ir原子桥连N/S共掺杂MXene(可定制)

研究摘要

二维Ti₃C₂T_x MXenes由于具有独特的物理化学性质，作为低成本单原子负载的结构基底时具有很大潜力。然而，对MXene与单原子之间的相互作用的系统化探究仍然还处于起步阶段。鉴于此，台湾同步辐射研究中心Chan Ting-Shan、湖南大学罗敏、谭勇文教授研究团队在《J. Mater. Chem. A》上发表最新研究成果，构筑了一种在多孔异质原子（N，S）共掺杂的Ti₃C₂T_x上负载的Ir单原子催化剂。根据XAS结果分析，研究发现Ir原子与N、S原子之间原位形成一种新的桥连结构，使Ir原子在N，S掺杂的Ti₃C₂T_x上具有良好的分散性。优化的Ir_SA-2NS-Ti₃C₂T_x催化剂在酸性与碱性环境中均具有优异的HER活性。DFT计算结果表明，N/S共掺杂的Ti₃C₂T_x能够捕获来自于Ir单原子的电子，从而在Ti₃C₂T_x的界面处导致了电荷的重分布，进一步实现了HER活性的提升。该工作为提升电催化原子级分布的活性位点桥联状态的调控提供了新的思路。

图文导读

图1. Ir_SA-2NS-Ti₃C₂T_x催化剂的合成过程与微观形貌表征。

图2. Ir单原子的化学状态与配位环境。

图3. 不同Ir-NS-Ti₃C₂T_x催化剂电催化HER性能。

图4. DFT理论计算。

总结

本文证明了多孔N/S共掺杂Ti₃C₂T_x支撑与Ir单原子之间的电子金属支撑相互作用(EMSI)，这种相互作用的强弱可以通过N-S比例而进行调控。结合XAS与HAADF-STEM分析，证明Ir原子与氮或硫原子之间原位形成的桥连结构。理论计算表明，N/S共掺杂的Ti₃C₂T_x能够通过高度配位的Ir-N与Ir-S相互作用从而捕获Ir原子中的电子，进一步实现界面处的电子重分布。上述的EMSI相互作用可以在界面处诱导再杂化与电荷传输，这是通过形成新的化学键与分子能级重排而实现的。

文献链接

https://doi.org/10.1039/D2TA00550F

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