熔融盐法制备Mo2CTx MXene及其电催化析氢性能

李玉琼 兰冰 管斌 代春龙 张帆 林紫锋

引用本文: 李玉琼, 兰冰, 管斌, 代春龙, 张帆, 林紫锋. 熔融盐法制备Mo2CTx MXene及其电催化析氢性能[J]. 物理化学学报, 2024, 40(9): 230603. doi: 10.3866/PKU.WHXB202306031 shu
Citation:  Yuqiong Li,  Bing Lan,  Bin Guan,  Chunlong Dai,  Fan Zhang,  Zifeng Lin. Molten Salt Derived Mo2CTx MXene with Excellent Catalytic Performance for Hydrogen Evolution Reaction[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(9): 230603. doi: 10.3866/PKU.WHXB202306031 shu

熔融盐法制备Mo2CTx MXene及其电催化析氢性能

    通讯作者: 林紫锋,Email:linzifeng@scu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(52072252)及四川大学自贡市校地科技合作专项资金(2022CDZG-16)资助项目

摘要: 钼基MXenes在电化学生物分子传感、电催化和能源储存等领域具有重要应用潜力。然而,制备钼基MXenes的传统方法是使用强腐蚀性HF溶液刻蚀Mo基MAX相(三元层状碳化物)制得,实验危险性高且制备周期长。本文提出通过路易斯酸熔盐法选择性刻蚀Mo2Ga2C前驱体制备Mo2CTx MXene,降低危险性并大幅提升制备效率,并研究了刻蚀温度和保温时间对Mo2CTx MXene物相和微观结构的影响。研究表明,使用HF无法完全刻蚀Mo2Ga2C前驱体制得高纯度Mo2CTx MXene,而熔融盐法在600 °C下仅需30 min即实现完全刻蚀。此外,熔融盐法制备的Mo2CTx MXene在碱性电解液中具有优异的电催化析氢(HER)电催化活能,并具有长期稳定性,在10 mA∙cm−2的电流密度下有着较低的过电位和Tafel斜率,分别为114 mV和124 mV∙dec−1

English

    1. [1]

      (1) VahidMohammadi, A.; Rosen, J.; Gogotsi, Y. Science 2021, 372, eabf1581. doi: 10.1126/science.abf1581(1) VahidMohammadi, A.; Rosen, J.; Gogotsi, Y. Science 2021, 372, eabf1581. doi: 10.1126/science.abf1581

    2. [2]

      (2) Li, X.; Huang, Z.; Shuck, C.E.; Liang, G.; Gogotsi Y.; Zhi, C. Nat. Rev. Chem. 2022, 6, 389. doi: 10.1038/s41570-022-00384-8(2) Li, X.; Huang, Z.; Shuck, C.E.; Liang, G.; Gogotsi Y.; Zhi, C. Nat. Rev. Chem. 2022, 6, 389. doi: 10.1038/s41570-022-00384-8

    3. [3]

      (3) Wang, Y.; Qu, Z.; Geng, S.; Liao, M.; Ye, L.; Shadike, Z.; Zhao, X.; Wang, S.; Xu, Q.; Yuan, B.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202304978. doi: 10.1002/anie.202304978(3) Wang, Y.; Qu, Z.; Geng, S.; Liao, M.; Ye, L.; Shadike, Z.; Zhao, X.; Wang, S.; Xu, Q.; Yuan, B.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202304978. doi: 10.1002/anie.202304978

    4. [4]

      (4) Wen, C.; Li, X.; Zhang, R.; Xu, C.; You, W.; Liu, Z.; Zhao, B.; Che, R. ACS Nano 2022, 16, 1150. doi: 10.1021/acsnano.1c08957(4) Wen, C.; Li, X.; Zhang, R.; Xu, C.; You, W.; Liu, Z.; Zhao, B.; Che, R. ACS Nano 2022, 16, 1150. doi: 10.1021/acsnano.1c08957

    5. [5]

      (5) Ma, G.; Shao, H.; Xu, J.; Liu, Y.; Huang, Q.; Taberna, P. L.; Simon, P.; Lin, Z. Nat. Commun. 2021, 12, 5085. doi: 10.1038/s41467-021-25306-y(5) Ma, G.; Shao, H.; Xu, J.; Liu, Y.; Huang, Q.; Taberna, P. L.; Simon, P.; Lin, Z. Nat. Commun. 2021, 12, 5085. doi: 10.1038/s41467-021-25306-y

    6. [6]

      (6) Lin, Z.; Shao, H.; Xu, K.; Taberna, P. L.; Simon, P. Trends Chem. 2020, 2, 654. doi: 10.1016/j.trechm.2020.04.010(6) Lin, Z.; Shao, H.; Xu, K.; Taberna, P. L.; Simon, P. Trends Chem. 2020, 2, 654. doi: 10.1016/j.trechm.2020.04.010

    7. [7]

      (7) Liu, H.; Ma, Y.; Cao, B.; Zhu, Q.; Xu, B.; Acta Phys. -Chim. Sin. 2023, 39, 2210027. [刘欢, 马宇, 曹斌, 朱奇珍, 徐斌. 物理化学学报, 2023, 39, 2210027.] doi: 10.3866/PKU.WHXB202210027

    8. [8]

      (8) Naguib, M.; Kurtoglu, M.; Presser, V.; Lu, J.; Niu, J.; Heon, M.; Hultman, L.; Gogotsi, Y.; Barsoum, M. W. Adv. Mater. 2011, 23, 4248. doi: 10.1002/adma.201102306(8) Naguib, M.; Kurtoglu, M.; Presser, V.; Lu, J.; Niu, J.; Heon, M.; Hultman, L.; Gogotsi, Y.; Barsoum, M. W. Adv. Mater. 2011, 23, 4248. doi: 10.1002/adma.201102306

    9. [9]

      (9) Shuck, C. E.; Sarycheva, A.; Anayee, M.; Levitt, A.; Zhu, Y.; Uzun, S.; Balitskiy, V.; Zahorodna, V.; Gogotsi, O.; Gogotsi, Y. Adv. Eng. Mater. 2020, 22, 1901241. doi: 10.1002/adem.201901241(9) Shuck, C. E.; Sarycheva, A.; Anayee, M.; Levitt, A.; Zhu, Y.; Uzun, S.; Balitskiy, V.; Zahorodna, V.; Gogotsi, O.; Gogotsi, Y. Adv. Eng. Mater. 2020, 22, 1901241. doi: 10.1002/adem.201901241

    10. [10]

      (10) Naguib, M.; Mochalin, V. N.; Barsoum, M. W.; Gogotsi, Y. Adv. Mater. 2014, 26, 982. doi: 10.1002/adma.201470041(10) Naguib, M.; Mochalin, V. N.; Barsoum, M. W.; Gogotsi, Y. Adv. Mater. 2014, 26, 982. doi: 10.1002/adma.201470041

    11. [11]

      (11) Yang, X.; Gao, N.; Zhou, S.; Zhao, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2018, 20, 19390. doi: 10.1039/C8CP02635A(11) Yang, X.; Gao, N.; Zhou, S.; Zhao, J. Phys. Chem. Chem. Phys. 2018, 20, 19390. doi: 10.1039/C8CP02635A

    12. [12]

      (12) Michalsky, R.; Zhang, Y. J.; Peterson, A. A. ACS Catal. 2014, 4, 1274. doi: 10.1021/cs500056u(12) Michalsky, R.; Zhang, Y. J.; Peterson, A. A. ACS Catal. 2014, 4, 1274. doi: 10.1021/cs500056u

    13. [13]

      (13) Chen, W. F.; Muckerman, J. T.; Fujita, E. Chem. Commun. 2013, 49, 8896. doi: 10.1039/C3CC44076A(13) Chen, W. F.; Muckerman, J. T.; Fujita, E. Chem. Commun. 2013, 49, 8896. doi: 10.1039/C3CC44076A

    14. [14]

      (14) Vrubel, H.; Hu, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 12703. doi: 10.1002/anie.201207111(14) Vrubel, H.; Hu, X. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 12703. doi: 10.1002/anie.201207111

    15. [15]

      (15) Chang, K.; Chen, W. ACS Nano 2011, 5, 4720. doi: 10.1021/nn200659w(15) Chang, K.; Chen, W. ACS Nano 2011, 5, 4720. doi: 10.1021/nn200659w

    16. [16]

      (16) Zribi, R.; Neri, G. Sensors 2020, 20, 5404. doi: 10.3390/s20185404(16) Zribi, R.; Neri, G. Sensors 2020, 20, 5404. doi: 10.3390/s20185404

    17. [17]

      (17) Zha, X. H.; Yin, J.; Zhou, Y.; Huang, Q.; Luo, K.; Lang, J.; Francisco, J. S.; He, J.; Du, S. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 15082. doi: 10.1021/acs.jpcc.6b04192(17) Zha, X. H.; Yin, J.; Zhou, Y.; Huang, Q.; Luo, K.; Lang, J.; Francisco, J. S.; He, J.; Du, S. J. Phys. Chem. C 2016, 120, 15082. doi: 10.1021/acs.jpcc.6b04192

    18. [18]

      (18) Hu, C.; Lai, C. C.; Tao, Q.; Lu, J.; Halim, J.; Sun, L.; Zhang, J.; Yang, J.; Anasori, B.; Wang, J. Chem. Commun. 2015, 51, 6560. doi: 10.1039/C5CC00980D(18) Hu, C.; Lai, C. C.; Tao, Q.; Lu, J.; Halim, J.; Sun, L.; Zhang, J.; Yang, J.; Anasori, B.; Wang, J. Chem. Commun. 2015, 51, 6560. doi: 10.1039/C5CC00980D

    19. [19]

      (19) Meshkian, R.; Näslund, L. Å.; Halim, J.; Lu, J.; Barsoum, M. W.; Rosen, J. Scripta Mater. 2015, 108, 147. doi: 10.1016/j.scriptamat.2015.07.003(19) Meshkian, R.; Näslund, L. Å.; Halim, J.; Lu, J.; Barsoum, M. W.; Rosen, J. Scripta Mater. 2015, 108, 147. doi: 10.1016/j.scriptamat.2015.07.003

    20. [20]

      (20) Cao, X.; Hou, C.; Li, Y.; Li, K.; Zhang, Q.; Wang, H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2022, 38, 2204058. [曹晓辉, 侯成义, 李耀刚, 李克睿, 张青红, 王宏志. 物理化学学报, 2022, 38, 2204058.] doi: 10.3866/PKU.WHXB202204058

    21. [21]

      (21) Halim, J.; Kota, S.; Lukatskaya, M. R.; Naguib, M.; Zhao, M. Q.; Moon, E. J.; Pitock, J.; Nanda, J.; May, S. J.; Gogotsi, Y. Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 3118. doi: 10.1002/adfm.201505328(21) Halim, J.; Kota, S.; Lukatskaya, M. R.; Naguib, M.; Zhao, M. Q.; Moon, E. J.; Pitock, J.; Nanda, J.; May, S. J.; Gogotsi, Y. Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 3118. doi: 10.1002/adfm.201505328

    22. [22]

      (22) Mei, J.; Ayoko, G. A.; Hu, C.; Bell, J. M.; Sun, Z. Sustain. Mater. Technol. 2020, 25, e00156. doi: 10.1016/j.susmat.2020.e00156(22) Mei, J.; Ayoko, G. A.; Hu, C.; Bell, J. M.; Sun, Z. Sustain. Mater. Technol. 2020, 25, e00156. doi: 10.1016/j.susmat.2020.e00156

    23. [23]

      (23) Li, Y.; Shao, H.; Lin, Z.; Lu, J.; Liu, L.; Duployer, B.; Persson, P.; Eklund, P.; Hultman, L.; Li, M.; et al. Nat. Mater. 2020, 19, 894. doi: 10.1038/s41563-020-0657-0(23) Li, Y.; Shao, H.; Lin, Z.; Lu, J.; Liu, L.; Duployer, B.; Persson, P.; Eklund, P.; Hultman, L.; Li, M.; et al. Nat. Mater. 2020, 19, 894. doi: 10.1038/s41563-020-0657-0

    24. [24]

      (24) Sarma, D.; Rao, C. J. Electron. Spectrosc. 1980, 20, 25. doi: 10.1016/0368-2048(80)85003-1(24) Sarma, D.; Rao, C. J. Electron. Spectrosc. 1980, 20, 25. doi: 10.1016/0368-2048(80)85003-1

    25. [25]

      (25) Toby, B. H. J. Appl. Crystallogr. 2001, 34, 210. doi: 10.1107/S0021889801002242(25) Toby, B. H. J. Appl. Crystallogr. 2001, 34, 210. doi: 10.1107/S0021889801002242

    26. [26]

      (26) Song, H.; Wu, M.; Tang, Z.; Tse, J. S.; Yang, B.; Lu, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 7234. doi: 10.1002/anie.202017102(26) Song, H.; Wu, M.; Tang, Z.; Tse, J. S.; Yang, B.; Lu, S. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 7234. doi: 10.1002/anie.202017102

    27. [27]

      (27) Wang, C.; Shou, H.; Chen, S.; Wei, S.; Lin, Y.; Zhang, P.; Liu, Z.; Zhu, K.; Guo, X.; Wu, X. Adv. Mater. 2021, 33, 2101015. doi: 10.1002/adma.202101015(27) Wang, C.; Shou, H.; Chen, S.; Wei, S.; Lin, Y.; Zhang, P.; Liu, Z.; Zhu, K.; Guo, X.; Wu, X. Adv. Mater. 2021, 33, 2101015. doi: 10.1002/adma.202101015

    28. [28]

      (28) Dong, H.; Xiao, P.; Jin, N.; Wang, B.; Liu, Y.; Lin, Z. ChemElectroChem 2021, 8, 957. doi: 10.1002/celc.202100142(28) Dong, H.; Xiao, P.; Jin, N.; Wang, B.; Liu, Y.; Lin, Z. ChemElectroChem 2021, 8, 957. doi: 10.1002/celc.202100142

    29. [29]

      (29) Cheng, H.; Ding, L. X.; Chen, G. F.; Zhang, L.; Xue, J.; Wang, H. Adv. Mater. 2018, 30, 1803694. doi: 10.1002/adma.201803694(29) Cheng, H.; Ding, L. X.; Chen, G. F.; Zhang, L.; Xue, J.; Wang, H. Adv. Mater. 2018, 30, 1803694. doi: 10.1002/adma.201803694

    30. [30]

      (30) Yue, X.; Yi, S.; Wang, R.; Zhang, Z.; Qiu, S. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 10591. doi: 10.1039/C7TA02655B(30) Yue, X.; Yi, S.; Wang, R.; Zhang, Z.; Qiu, S. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 10591. doi: 10.1039/C7TA02655B

    31. [31]

      (31) Halim, J.; Cook, K. M.; Naguib, M.; Eklund, P.; Gogotsi, Y.; Rosen, J.; Barsoum, M. W. Appl. Surf. Sci. 2016, 362, 406. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.11.089(31) Halim, J.; Cook, K. M.; Naguib, M.; Eklund, P.; Gogotsi, Y.; Rosen, J.; Barsoum, M. W. Appl. Surf. Sci. 2016, 362, 406. doi: 10.1016/j.apsusc.2015.11.089

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  519
  • HTML全文浏览量:  51
文章相关
  • 发布日期:  2023-08-09
  • 收稿日期:  2023-06-20
  • 接受日期:  2023-07-19
  • 修回日期:  2023-07-19
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章