氧空位修饰MXene负载中空钴纳米颗粒协同增强HER/OER电催化性能研究

【编辑推荐】本研究通过奥斯特瓦尔德熟化法构建了氧空位修饰MXene负载中空钴纳米颗粒(Co HNPs@MXene)双功能电催化剂，在10 mA cm-2电流密度下表现出卓越的HER(34 mV)和OER(240 mV)过电位及80/78小时稳定性。该设计通过中空结构增加活性位点、MXene基底提升电子传输、氧空位协同优化电子结构，为绿色制氢提供了新型高效催化剂设计思路。

　　

Highlight

本研究通过奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripening)机制成功构建了氧空位修饰MXene负载中空钴纳米颗粒(Co HNPs@MXene)催化剂，在10 mA cm^-2电流密度下展现出突破性的HER(34 mV)和OER(240 mV)过电位，并具有80小时(HER)和78小时(OER)的出色稳定性。MXene基底提供优异的电子传输通道，中空钴结构显著增加活性位点，而氧空位与钴纳米颗粒的协同效应进一步提升了催化活性。

Results and discussion

通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对MAX相、MXene及Co HNPs@MXene催化剂的形貌进行表征。X射线衍射(XRD)分析显示，相较于原始致密的MAX相，Ti₃C₂T_x MXene呈现疏松的层状结构(图S1a,b)，初步证实了Ti₃C₂T_x MXene的成功合成。

Conclusions

总结表明，氧空位修饰MXene耦合中空钴纳米颗粒催化剂显著提升了HER/OER性能，其性能超越商业Pt/C+RuO₂组合催化剂。Co HNPs@MXene在10 mA cm^-2电流密度下分别表现出240 mV(OER)和34 mV(HER)的低过电位，以及优异的长期稳定性(OER 78小时/HER 80小时)。物性表征揭示其性能提升主要源于良好的...