蘇州大學FUNSOM張橋課題組： Co-CNT/MXene用于高效氧還原反應

【引言】

氧還原反應（ORR）在燃料電池和金屬空氣電池等可再生能源轉換和儲存技術中扮演重要角色。作為目前活性最好的ORR催化劑，Pt基催化劑的大規模應用嚴重受限于價格昂貴、元素豐度低和穩定性差等問題。開發高效、非貴金屬ORR催化劑是電催化研究中的一個重要方向。

非貴金屬ORR催化劑設計思路：

（1）富含M-N_x位點，作為ORR反應的活性位；

（2）高導電性，確保電子快速傳遞；

（3）高比表面積，有利于O₂到活性位的擴散。

【成果簡介】

最近，蘇州大學FUNSOM的陳佳念同學（第一作者）、呂奉磊博士（共同通訊作者）和張橋教授（共同通訊作者）通過在MXene納米片上原位生長ZIF-67納米顆粒，然后進一步焙燒得到Co-CNT/MXene復合結構。二維MXene納米片不僅作為Co-CNT生長的導電性載體，還協調了催化劑中碳石墨化程度和比表面積的平衡。在堿性條件下，Co-CNT/MXene不僅展現出與Pt/C類似的ORR活性，還具有比Pt/C更優異的穩定性和抗甲醇毒性。

【圖文導讀】

圖1 Co-Ti₃C₂合成示意圖.

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圖?2 Co-Ti₃C₂-60的XRD譜圖和XPS結果。

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圖?3 Co-Ti₃C₂-60的SEM，TEM，HRTEM和EDS mapping圖。

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圖 4?Co-Ti₃C₂的ORR活性、電子轉移數、抗甲醇毒性和穩定性結果。

圖?5?Co-Ti₃C₂的Raman和BET結果。

【小結】

本文報道了利用在MXene上原位生長MOF的方法合成Co-CNT/MXene，并應用于ORR。Co-CNT/MXene的高ORR性能歸因于MXene的引入不但提高催化劑的導電性還有利于O₂的快速擴散和催化活性位的有效暴露。本文明確了理性集成MXene和MOF的重要性，為可再生能源技術的大規模應用提供更多機會。

文獻鏈接：Integrating MXene nanosheets with cobalt-tipped?carbon nanotubes for an efficient oxygen reduction?reaction?(J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 1281)

課題組簡介

張橋課題組的研究集中于新型功能材料的設計、制備、組裝與應用。利用先進的表面催化表征手段，著力研究微觀界面的反應及作用機理，在此基礎上對其微觀結構進行合理的設計和定向的合成，由此實現材料不同的功能或使其性能最優化。我們將著重發展基于無機功能納米材料的新型復合催化材料，并積極探索其在工業催化、新型清潔能源及環境保護等領域的應用。 1、 面向傳統氣相催化應用的納米催化材料； 2、 光電功能納米材料的可控制備與界面構筑； 3、 無機功能納米材料的電催化應用。

課題組主頁http://web.suda.edu.cn/qiaozhang/index.html

本文由蘇州大學FUNSOM的呂奉磊博士供稿，材料人編輯部編輯

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