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1. Small：富硼空位！雙原子！催化劑實(shí)現(xiàn)高選擇性的將N₂還原成NH₃

催化頂刊集錦：Nature子刊、EES、ACB、Small、JMCA、Carbon Energy等成果！

氨(NH₃)是最重要的肥料原料之一，也是未來(lái)很有前景的可運(yùn)輸和可再生的能源載體。目前的工業(yè)生產(chǎn)NH₃的方法主要為Haber-Bosch法，該方法存在著高能耗和大量CO₂排放的問(wèn)題，這些問(wèn)題都阻礙了未來(lái)NH₃循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此迫切需要尋求一種可持續(xù)的且可替代這一傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)。

電催化N₂還原反應(yīng)(NRR)，在理想情況下應(yīng)用水和可再生電力可以在環(huán)境條件下將N₂轉(zhuǎn)化為NH₃，不僅可以減少能源消耗和CO₂排放，而且還可以促進(jìn)小批量和分布式生產(chǎn)NH₃。然而，由于N₂吸附難度大且N≡N鍵的活化能壘較大，NRR的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和選擇性非常有限。此外，競(jìng)爭(zhēng)性的析氫反應(yīng)(HER)也嚴(yán)重阻礙了各種催化劑的NRR效率。解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵是制備高性能的NRR催化劑，

基于此，迪肯大學(xué)楊文榮和青島大學(xué)劉震(共同通訊)等人制備了一種NbB₂納米片(NFs)催化劑，該催化劑在NRR中表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性和穩(wěn)定性。

本文利用活性炭布(CC)制備了工作電極，并且所有的電化學(xué)測(cè)試均在H型電解池中進(jìn)行(環(huán)境溫度和壓力)。首先，本文通過(guò)繪制不同掃描速率下的循環(huán)伏安(CV)曲線來(lái)表征NbB₂ NFs的電化學(xué)活性表面積(ECSA)。根據(jù)CV曲線得知，NbB₂ NFs的雙層電容(Cdl)為9.98 mF cm^-2，遠(yuǎn)高于塊體NbB₂的6.92 mF cm^-2，這說(shuō)明粒徑的減小引入了更多的B空位(V_Bs)作為活性位點(diǎn)，它們對(duì)NbB₂ NFs的催化活性起著重要作用。

之后，本文通過(guò)在N₂飽和的電解質(zhì)中施加恒電位(-0.15，-0.25，-0.35，-0.45或-0.55 V)2小時(shí)電催化合成NH₃，并根據(jù)校準(zhǔn)曲線得到使用1 mg NbB₂ NFs時(shí)的NH₃產(chǎn)率(V_NH3)和法拉第效率(FEs)。

令人驚喜的是，在0.1 M HCl中，隨著外加電位越來(lái)越負(fù)，V_NH3先升高，然后在-0.55 V時(shí)下降并在-0.45 V時(shí)達(dá)到最大值30.5 mg h^-1 mg_cat^-1，而NbB₂的最高V_NH3僅為4.8 mg h^-1 mg_cat^-1。更重要的是，NbB₂ NFs的FE達(dá)到了非常高的40.2%，表明了出色的NRR選擇性。另一方面，本文在0.1 M Na₂SO₄中同樣對(duì)NbB₂ NFs進(jìn)行了NRR測(cè)試，因?yàn)檫@樣可以更好地抑制HER。

研究發(fā)現(xiàn)NbB₂ NFs在0.1 M Na₂SO₄電解質(zhì)中的性能也很好，最大的V_NH3為13.5 mg h^-1 mg_cat^-1，最高FE為25.6%。NbB₂ NFs在0.1 M Na₂SO₄電解質(zhì)中FE雖然沒(méi)有在0.1 M HCl中的FE大，但是這已經(jīng)十分優(yōu)異并且NbB₂ NFs的選擇性與最近報(bào)道的催化劑性能相當(dāng)或者更好。

此外，本文還比較了NbB₂ NFs與塊體NbB₂在酸性和中性電解質(zhì)中的NRR性能。研究發(fā)現(xiàn)，H⁺濃度的降低對(duì)NRR活性無(wú)明顯影響。因此，NbB₂ NFs可以作為一個(gè)較差的HER催化劑，由于其獨(dú)特的N₂吸附和活化，其可以作為優(yōu)異的NRR催化劑。

本文通過(guò)密度泛函理論(DFT)計(jì)算，更好地理解了VBs對(duì)NbB₂ NFs的NRR性能的重要影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)表征，本文建立了一個(gè)NbB₂模型，去除兩個(gè)B原子后構(gòu)建了一個(gè)B₂空位(V_B2)。計(jì)算結(jié)果表明，N₂在催化劑缺陷位點(diǎn)處的吸附自由能為-0.80 eV，表明在缺陷位點(diǎn)很容易吸附N₂。同時(shí)，N₂分子的鍵長(zhǎng)被拉伸到1.32 ?，表明原本超穩(wěn)定的N≡N鍵(1.09 ?)變得不穩(wěn)定。由于N₂分子的活化是NRR的前提，適當(dāng)?shù)奈侥芎屠斓腘≡N鍵說(shuō)明缺陷型的NbB₂具有良好的催化性能。

更重要的是，理論計(jì)算表明NbB₂ NFs的電位決定步驟(PDS)是最后的氫化步驟(^*NH₂→^*NH₃)，PDS的自由能變化為0.91 eV，甚至略優(yōu)于NRR的基準(zhǔn)金屬催化劑Ru(0001)面(自由能變化為0.98 eV)，但是由于Nb和B比Ru便宜得多，催化劑的成本可以大大降低。本文的理論結(jié)果與本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，并清楚的解釋了催化劑具有優(yōu)良性能的原因，本文的研究結(jié)果也表明雙原子催化劑在高選擇性的制備NH₃方面具有較好的應(yīng)用前景。

Highly Selective N₂ Electroreduction to NH₃ Using a Boron-Vacancy-Rich Diatomic NbB Catalyst, Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202301627.

https://doi.org/10.1002/smll.202301627.

2. Carbon Energy：三明治結(jié)構(gòu)!空心納米管β-Mo₂C和氮摻雜碳納米片復(fù)合催化劑實(shí)現(xiàn)高效析氫

由于日益增長(zhǎng)的能源需求和相關(guān)的環(huán)境挑戰(zhàn)，科學(xué)家們正在尋找可持續(xù)的、清潔的和高效的能源，以取代日益枯竭的化石燃料。氫氣由于具有高能量和無(wú)二氧化碳排放的特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種很好的替代能源。目前，一種高效的產(chǎn)氫方法是利用電解水的析氫反應(yīng)(HER)，但是目前性能最為優(yōu)異的HER催化劑是成本高且稀有Pt基催化劑，因此開(kāi)發(fā)穩(wěn)定、高效的非貴金屬電催化劑(如金屬磷化物、硫化物和碳化物)是非常重要的。

基于此，濟(jì)南大學(xué)侯林瑞、原長(zhǎng)洲和山東石油化工學(xué)院Deng Jianlin等人采用二元NaCl-KCl熔鹽(MS)策略，設(shè)計(jì)并制備了β-Mo₂C空心納米管(HNT)和N摻雜碳納米片(NCNS)組成的三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)催化劑(MS-Mo₂C@NCNS)，該催化劑不負(fù)眾望的展現(xiàn)出了優(yōu)異的HER性能。

本文首先通過(guò)線性掃描伏安(LSV)曲線，在N₂飽和的KOH溶液(1 M)中利用典型的三電極體系來(lái)研究MS-Mo₂C@NCNS的HER電催化性能，并與NMS-Mo₂C@NCNS和Pt/C進(jìn)行比較。具體來(lái)說(shuō)，MS-Mo₂C@NCNS只需要約98 mV的過(guò)電位就可以達(dá)到10 mA cm^-2的電流密度，這大大小于NMS-Mo₂C@NCNS(≈188 mV)，并與商業(yè)Pt/C(≈16 mV)相當(dāng)。

更重要的是，與其他鉬基催化劑相比，MS-Mo₂C@NCNS的HER催化性能也非常具有競(jìng)爭(zhēng)力。之后，本文通過(guò)LSV曲線獲得了催化劑的Tafel斜率，可以更加全面的描述催化劑的HER動(dòng)力學(xué)。擬合曲線后可以發(fā)現(xiàn)，MS-Mo₂C@NCNS催化劑的Tafel斜率約為99 mV dec^-1，雖然略大于Pt/C催化劑(≈58 mV dec^-1)，但顯著小于NMS-Mo₂C@NCNS催化劑(≈140 mV dec^-1)，因此MS-Mo₂C@NCNS的HER機(jī)制為Volmer-Heyrovsky機(jī)制。與基于Mo₂C的催化劑相比，MS-Mo₂C@NCNS的過(guò)電位和Tafel斜率更加適中，顯示出其具有最佳的HER性能，可以與商業(yè)Pt/C競(jìng)爭(zhēng)。

為了更加深入地理解MS-Mo₂C@NCNS-900的HER性能優(yōu)越的潛在原因，本文基于構(gòu)建的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了密度泛函理論(DFT)計(jì)算。與塊體Mo₂C相比，MS-Mo₂C@NCNS中的Mo₂C的Mo-Mo和C-Mo鍵長(zhǎng)較短，這反映了MS-Mo₂C@NCNS的Mo₂C中的原子之間具有強(qiáng)烈的相互作用。此外，NCNS中Mo和C原子之間的距離估計(jì)為2.24-2.35 ?，表明Mo₂C與NCNS結(jié)構(gòu)之間存在較強(qiáng)的相互作用。

值得注意的是，由于引入了Mo₂C，MS-Mo2C@NCNS比NCNS在費(fèi)米能級(jí)附近具有更高的電子密度，這表明催化劑的電導(dǎo)率被顯著提高，這也十分有助于在電催化過(guò)程中加速電子的轉(zhuǎn)移，進(jìn)而增強(qiáng)MS-Mo₂C@NCNS的HER活性。ΔG_H*作為評(píng)價(jià)催化劑HER性能的重要參數(shù)，在本文中也得到了重視。

計(jì)算結(jié)果表明，MS-Mo₂C@NCNS的ΔG_H*值(-0.315 eV)比Mo₂C(-0.835 eV)和NCNS(-2.456 eV)更接近于零，這是MS-Mo₂C@NCNS的HER性能優(yōu)異的重要原因。而MS-Mo₂C@NCNS具有接近于零的ΔG_H*是由于NCNS與Mo₂C的相互作用，Mo原子的電子減少，也就是說(shuō)Mo原子的負(fù)電荷更少，使得ΔG_H*更弱。

因此，NCNS和Mo₂C的相互作用降低了催化劑的HER起始電位，并增強(qiáng)了MS-Mo₂C@NCNS的本征催化活性。總之，本文的工作提供了一個(gè)新穎和可行的方法，在降低催化劑成本的同時(shí)還提高了催化劑的HER速率，為未來(lái)的研究提供了一定的思路。

Binary Molten Salt in Situ Synthesis of Sandwich-Structure Hybrids of Hollow β-Mo₂C Nanotubes and N-Doped Carbon Nanosheets for Hydrogen Evolution Reaction, Carbon Energy, 2023, DOI: 10.1002/cey2.349.

https://doi.org/10.1002/cey2.349.

3. J. Mater. Chem. A：泡沫鎳表面的硒化鐵/磷化鈷異質(zhì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效析氧

利用太陽(yáng)能、風(fēng)能或其他可再生能源進(jìn)行電解水制氫是解決潛在能源危機(jī)和環(huán)境污染最具前景的技術(shù)之一。在電解水過(guò)程中，析氧反應(yīng)(OER，4OH^–→O₂+2H₂O+4e^–)是一個(gè)動(dòng)力學(xué)較為緩慢的過(guò)程，其需要較大的過(guò)電位，進(jìn)而降低了電解水的整體效率。因此，制備具有高催化活性、高穩(wěn)定性和低成本的OER電催化劑對(duì)于電解水的廣泛應(yīng)用具有重要意義。

基于此，陜西科技大學(xué)劉淑玲和王超(共同通訊)等人采用溶劑熱法首先在泡沫鎳(NF)表面上生長(zhǎng)了Co₂P晶體(Co₂P/NF)，然后在Co₂P/NF表面上電沉積了非晶態(tài)FeSe層，最終在NF基底上合成了硒化鐵/磷化鈷(FeSe/Co₂P)異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜，該催化劑在電化學(xué)測(cè)試中展現(xiàn)出了優(yōu)異的催化性能。

本文通過(guò)在1 M KOH中測(cè)試的極化曲線可以發(fā)現(xiàn)，Co₂P/FeSe/NF在所有催化劑中表現(xiàn)出最低的過(guò)電位(265 mV@50 mA cm^-2)，這表明其OER活性最好。值得注意的是，在10 mA cm^-2的恒電流測(cè)試中，在500 s內(nèi)，F(xiàn)eSe/Co₂P/NF始終保持最低的過(guò)電位(235 mV)，這再次表明FeSe/Co₂P/NF具有優(yōu)異的OER活性。之后，本文還在1 M TMAOH中測(cè)試了Co₂P/NF和FeSe/Co₂P/NF的OER性能。

根據(jù)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，TMA⁺存在時(shí)，Co₂P/NF的OER活性和Co³⁺/Co⁴⁺的氧化峰變化不大，而FeSe/Co₂P/NF的OER活性和Co³⁺/Co⁴⁺的氧化峰變化明顯，這是因?yàn)門MA⁺離子可以強(qiáng)烈吸附催化劑表面帶負(fù)電荷的氧(如O₂^2-)，并抑制它們參與OER。因此，在TMA⁺存在的情況下催化劑被抑制的OER活性證明了帶負(fù)電荷的氧物質(zhì)參與了其OER過(guò)程，這對(duì)應(yīng)于晶格氧氧化機(jī)制(LOM)。

為了探索Co₂P/NF的OER機(jī)制，本文利用公式計(jì)算了Co₂P/NF的平均m_OH-(OER性能和OH^–的斜率關(guān)系)為0.16，而FeSe/Co₂P/NF的平均m_OH-為0.5。TMA⁺存在時(shí)，m_OH-的升高和OER活性被顯著抑制表明LOM對(duì)FeSe/Co₂P/NF的OER有重要貢獻(xiàn)。

對(duì)于Co₂P/NF，OER主要遵循吸附質(zhì)演化機(jī)制(AEM)，LOM只有一定的貢獻(xiàn)。由于OER中間體吸附能也會(huì)影響催化劑的OER動(dòng)力學(xué)，本文還利用甲醇溶液計(jì)算了OH^*在Co₂P/NF和Co₂P/FeSe/NF上的吸附能(△G_OH*)。測(cè)試結(jié)果表明，Co₂P/NF和FeSe/Co₂P/NF在1 M KOH+0.5 M CH₃OH中的起始電位分別為1.326 V和1.368 V，這分別對(duì)應(yīng)于FeSe/Co₂P/NF和Co₂P/NF的1.368 eV和1.326 eV的△G_OH*。

根據(jù)前人基于熱力學(xué)-動(dòng)力學(xué)模型提出的火山圖，最優(yōu)的OER電催化劑的△G_OH*值應(yīng)為1.371 eV，Co₂P/NF的△G_OH*低于最適值，表明其OH^*與活性位點(diǎn)的結(jié)合過(guò)于強(qiáng)烈，F(xiàn)eSe/Co₂P/NF的△G_OH*為1.368 eV，接近最優(yōu)，這表明Fe的引入和異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成削弱了OH^*的吸附能，從而誘導(dǎo)了更快的OER動(dòng)力學(xué)。總之，本文合成的FeSe/Co₂P/NF展現(xiàn)出了優(yōu)異的OER性能。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果以及理論計(jì)算結(jié)果可以得知，F(xiàn)eSe/Co₂P/NF的高OER活性不是源于較高的電化學(xué)活性比表面積，而是由于電化學(xué)活性Co位點(diǎn)數(shù)量的增加和本征活性的增強(qiáng)。此外，異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成促進(jìn)了Co₂P相和FeSe相之間的電子相互作用，從而改變了催化劑對(duì)OER中間體的吸附能，導(dǎo)致了更快的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。

更加重要的是，Co₂P/NF主要遵循吸附質(zhì)演化機(jī)制，而FeSe/Co₂P/NF則以晶格氧氧化機(jī)制為主，OER機(jī)制的改變可能是由于異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成，這也有利于改變質(zhì)子-電子傳遞過(guò)程。本研究表明，形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)是提高過(guò)渡金屬基材料電催化OER活性的有效策略，本文的進(jìn)一步研究充分的了解了異質(zhì)結(jié)構(gòu)在增強(qiáng)催化劑的電催化活性中的作用，這可以幫助未來(lái)的研究人員設(shè)計(jì)更高活性的電催化劑。

Heterostructure Iron Selenide/Cobalt Phosphide Films Grown on Nickel Foam for Oxygen Evolution, Journal of Materials Chemistry A, 2023, DOI: 10.1039/d2ta09817b.

https://doi.org/10.1039/D2TA09817B.

4. Appl. Catal. B：界面電場(chǎng)！等離子體電磁場(chǎng)！Z型異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑實(shí)現(xiàn)高效光催化制氫和CO₂還原

有效的收集太陽(yáng)能和轉(zhuǎn)化是解決能源危機(jī)的潛在方法。在各種技術(shù)中，等離子體光催化劑受到了極大的關(guān)注，而對(duì)局域表面等離子共振(LSPR)的研究也取得了前所未有的進(jìn)展。雖然等離子體介導(dǎo)的一些光氧化還原催化機(jī)制已經(jīng)被認(rèn)識(shí)到，但如何發(fā)展不同機(jī)制之間的協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)多種功能的有機(jī)整合仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。

基于此，石河子大學(xué)楊盛超、劉志勇和李永生(共同通訊)等人通過(guò)高溫氫還原和熱溶劑法制備了具有異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)和LSPR的CdS/Au-Ag/B-TiO₂光催化劑，CdS/Au-Ag/B-TiO₂在光催化測(cè)試中展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。

本文進(jìn)行了兩種最常見(jiàn)的光催化反應(yīng)，測(cè)試光催化析氫反應(yīng)(HER)和光催化二氧化碳還原反應(yīng)(CO₂RR)。本文在全光譜(AM=1.5)下評(píng)估了CdS/Au-Ag/B-TiO₂復(fù)合材料的光催化析氫性能。在相同的反應(yīng)條件下，還測(cè)試了純TiO₂(B)和CdS的光催化析氫性能。根據(jù)CdS/Au-Ag/B-TiO₂、TiO₂(B)和CdS的光催化產(chǎn)氫量與輻照時(shí)間的關(guān)系圖可以發(fā)現(xiàn)，催化劑的產(chǎn)氫量隨反應(yīng)時(shí)間的變化呈線性增加。相應(yīng)的，具有不同CdS含量的CdS/Au-Ag/B-TiO₂的反應(yīng)性能均優(yōu)于TiO₂(B)和CdS。

結(jié)果表明，Cd₃Ti₂的H₂產(chǎn)率為15.97 mmol h^-1 g^-1，與TiO₂(B)(0.66 mmol h^-1 g^-1)和CdS(0.89 mmol h^-1 g^-1)相比，分別提高了24.2倍和17.9倍。更加重要的是，Cd₃Ti₂在365 nm和420 nm時(shí)的表觀量子效率(AQE)分別為10.6%和1.7%，這均表明Cd₃Ti₂具有優(yōu)異的光催化產(chǎn)氫性能。

之后，本文還繼續(xù)在全光譜(AM=1.5)下測(cè)試了光催化劑的CO₂RR性能。測(cè)試結(jié)果表明，催化劑的反應(yīng)后產(chǎn)物主要是CH₄和CO，CdS/Au-Ag/B-TiO₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑表現(xiàn)出顯著提高的CO₂還原活性，而TiO₂(B)和CdS對(duì)CO₂的還原則均表現(xiàn)出較低的光催化活性。

非常值得關(guān)注的是，催化劑的光催化活性可以通過(guò)調(diào)節(jié)B-TiO₂和CdS的相對(duì)比例來(lái)優(yōu)化，CdS/Au-Ag/B-TiO₂的光催化活性隨著CdS與B-TiO₂的質(zhì)量比從1:4到1:1而略有變化。然而，當(dāng)CdS與B-TiO₂的質(zhì)量比超過(guò)1:1時(shí)，CO₂的還原速率開(kāi)始顯著提高。在所有復(fù)合光催化劑中，Cd₃Ti₂和Cd₄Ti₁分別表現(xiàn)出最佳的CH₄和CO產(chǎn)率，Cd₃Ti₂的CH₄產(chǎn)率最高為14.2 μmol h^-1 g^-1，是CdS的15.8倍(TiO₂(B)沒(méi)有產(chǎn)CH₄活性)。

而Cd₄Ti₁的CO產(chǎn)率最高為327.2 μmol h^-1 g^-1，分別是TiO₂(B)和CdS的5.4倍和36倍。根據(jù)以上分析，Type II和Z-Type復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)合能量共振轉(zhuǎn)移等機(jī)制有效的改善了催化劑的電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)了高效的光催化CO₂RR和HER。

本文的時(shí)域有限差分模擬和密度泛函理論計(jì)算還建立了催化劑的光催化增強(qiáng)機(jī)理。研究表明，本文的Au-Ag合金納米粒子在體系中發(fā)揮了電子介質(zhì)的作用，促進(jìn)了體系中低能電子和低能空穴的結(jié)合，從而提高了高能電子的利用率，Au-Ag合金納米粒子強(qiáng)大的表面等離子體共振效應(yīng)還促進(jìn)了這一過(guò)程。

此外，基于能量共振轉(zhuǎn)移機(jī)制，光吸收在全光譜中不受半導(dǎo)體帶隙的限制，載流子在帶隙上方和下方的能級(jí)上產(chǎn)生和分離。對(duì)于Au₃Ag₇-CdS和Au₃Ag₇-TiO₂之間的界面，一個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)低能電子從TiO₂轉(zhuǎn)移到Au-Ag納米粒子，低能光生空穴從CdS轉(zhuǎn)移到Ag-Au合金，它們?cè)贏u-Ag納米粒子上復(fù)合。

最后，高能量的光激發(fā)電子將留在CdS的導(dǎo)帶上，而高能量的空穴將留在TiO₂的價(jià)帶上。通過(guò)密度泛函理論計(jì)算還驗(yàn)證了光激發(fā)電荷的分離，強(qiáng)電磁場(chǎng)作用在Au-Ag納米粒子上，會(huì)加速低能電子和空穴的轉(zhuǎn)移。時(shí)域有限差分模擬進(jìn)一步驗(yàn)證了局域電磁場(chǎng)增強(qiáng)的機(jī)制，CdS/Au-Ag/B-TiO₂復(fù)合結(jié)構(gòu)提供兩個(gè)電場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)電荷分離，這兩個(gè)電場(chǎng)的疊加可以顯著提高CdS/Au-Ag/B-TiO₂的光催化性能。

綜上所述，本文利用能量共振轉(zhuǎn)移機(jī)制成功制備了新型CdS/Au-Ag/B-TiO₂復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑，有效的提高了其在可見(jiàn)光下的光催化性能。總之，本文的工作對(duì)于理解等離子體金屬基異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-催化之間的關(guān)系，以及利用等離子體合理設(shè)計(jì)催化體系具有重要意義。

Synergetic Effect of the Interface Electric Field and the Plasmon Electromagnetic Field in Au-Ag Alloy Mediated Z-type Heterostructure for Photocatalytic Hydrogen Production and CO₂ Reduction, Applied Catalysis B: Environmental, 2023, DOI: 10.1016/j.apcatb.2023.122700.

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122700.

5. J. Mater. Chem. A：A位點(diǎn)缺陷的鈷基鈣鈦礦氧化物實(shí)現(xiàn)高效硝酸鹽電還原合成氨

氨作為最基本的化工原料之一，在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、能源等領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。目前，工業(yè)規(guī)模的氨合成依賴于在高溫(400-500℃)和高壓力(10-30 MPa)下工作的能源密集型Haber-Bosch工藝，這一過(guò)程不僅需要大量的氫氣(主要來(lái)源于天然氣)和化石能源，還會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳排放，給環(huán)境帶來(lái)負(fù)面影響。

最近，在可再生電力驅(qū)動(dòng)下，在環(huán)境條件下進(jìn)行硝酸鹽電還原反應(yīng)(NO₃ER)吸引了廣大研究人員的注意力。然而，已報(bào)道的NO₃ER催化劑仍然面臨著各種問(wèn)題，包括復(fù)雜的電子/質(zhì)子轉(zhuǎn)移步驟以及許多可能的反應(yīng)途徑涉及硝酸鹽還原為氨(NO₃^–+9H⁺+8e^–→NH₃+3H₂O)。

此外，鈀、釕等貴金屬基催化劑具有優(yōu)異的NO₃ER性能，但其稀缺性和高成本限制了其大規(guī)模應(yīng)用，而Fe、Cu等非貴金屬催化劑由于NO₃ER的選擇性差和能源利用率低，無(wú)法滿足大規(guī)模合成氨的需求。因此，開(kāi)發(fā)高效、低成本的NO₃ER催化劑是不容忽視的挑戰(zhàn)。

基于此，江南大學(xué)董玉明、朱佳偉和清華大學(xué)朱永法(共同通訊)等人報(bào)道了一種通過(guò)調(diào)整鈷基鈣鈦礦氧化物的A位點(diǎn)缺陷來(lái)提升催化劑的NO₃ER活性的有效策略。通過(guò)一系列(Ba_0.5Sr_0.5)_1-xCo_0.8Fe_0.2O_3-δ(x=0,0.05，0.10，0.15和0.20，BSCF)催化劑，驗(yàn)證了催化劑得到NO₃ER活性依賴于x值，x=0.15時(shí)催化劑性能最為優(yōu)異。

為了研究A位點(diǎn)陽(yáng)離子缺陷對(duì)(BS)_1-xCF的NO₃ER催化活性的影響，本文在典型的H型電解池中通過(guò)三電極系統(tǒng)對(duì)催化劑進(jìn)行了一系列電化學(xué)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)(BS)_1-xCF催化劑的線性掃描伏安(LSV)曲線可以發(fā)現(xiàn)，催化劑在KNO₃/K₂SO₄電解液中的電流密度較在無(wú)KNO₃的電解液有顯著的增強(qiáng)，這意味著(BS)_1-xCF能有效地減少硝酸鹽。

值得注意的是，(BS)_1-xCF催化劑在KNO₃/K₂SO₄電解質(zhì)中的電流密度隨著A位點(diǎn)陽(yáng)離子缺陷的增加先升高后降低。在相同電勢(shì)下，(BS)_0.85CF的電流密度最大，這表明(BS)_0.85CF可能具有最好的NO₃ER催化活性。

為了進(jìn)一步證明A位點(diǎn)陽(yáng)離子缺陷對(duì)BSCF的NO₃ER活性的積極影響，本文還比較了(BS)_0.85CF和商業(yè)Ru的性能。測(cè)試結(jié)果表明，由于貴金屬Ru在負(fù)電位下發(fā)生了嚴(yán)重的析氫反應(yīng)(HER)，(BS)_0.85CF與商業(yè)Ru的NH₃產(chǎn)率的差異隨著施加的電位變負(fù)而增大。結(jié)果表明，(BS)_0.85CF對(duì)NO₃ER的催化性能遠(yuǎn)優(yōu)于商用Ru。

為了進(jìn)一步分析，本文還比較了(BS)_1-xCF催化劑在相同的施加電位下的NH₃產(chǎn)率。在-0.45 V的電位下，隨著A位點(diǎn)陽(yáng)離子缺陷濃度的增加，催化劑的NH₃產(chǎn)率具有火山狀變化趨勢(shì)，(BS)_0.85CF的NH₃產(chǎn)率最高，為143.3 mg·h^-1·mg_cat^-1(0.86 mmol·h^-1·cm^-2)，相應(yīng)的NH₃法拉第效率為97.9%。上述結(jié)果表明，BSCF中適當(dāng)?shù)腁位點(diǎn)陽(yáng)離子缺陷或氧空位可以有效的提高催化劑NO₃ER合成氨的選擇性和效率。

為了深入理解BSCF的NO₃ER性能優(yōu)異的原因，本文根據(jù)XPS光譜計(jì)算了(BS)_1-xCF從能帶中心到費(fèi)米能級(jí)的距離。BSCF、(BS)_0.95CF、(BS)_0.90CF、(BS)_0.85CF和(BS)_0.80CF的能帶中心到費(fèi)米能級(jí)的絕對(duì)值分別為3.55、3.53、3.48、3.39和3.33 eV，可以發(fā)現(xiàn)能帶中心隨著A位陽(yáng)離子缺陷或氧空位的增加而向費(fèi)米能級(jí)移動(dòng)。

在以往的工作中，能帶中心到費(fèi)米能級(jí)的距離可以用來(lái)描述反應(yīng)物質(zhì)的吸附性質(zhì)(如吸附能)。由此可以推斷，BSCF中適中的氧空位或A位點(diǎn)陽(yáng)離子缺陷將會(huì)將能帶中心到費(fèi)米能級(jí)的距離調(diào)節(jié)到合適的位置，從而促進(jìn)反應(yīng)物質(zhì)的吸附和活化，從而使得催化劑具有最佳的NO₃ER催化活性。

綜上所述，本文BSCF優(yōu)化的NO₃ER催化性能可以歸因于適中的A位陽(yáng)離子缺陷導(dǎo)致的理化性質(zhì)的改變，包括形成合適當(dāng)?shù)难蹩瘴灰约罢{(diào)整從能帶中心到費(fèi)米能級(jí)的距離。本研究為合理設(shè)計(jì)對(duì)NO₃ER具有高活性和選擇性的鈷基鈣鈦礦氧化物提供了新的途徑。

Promoting Nitrate Electroreduction to Ammonia over A-site Deficient Cobalt-based Perovskite Oxides, Journal of Materials Chemistry A, 2023, DOI: 10.1039/d3ta01063e.

https://doi.org/10.1039/D3TA01063E.

6. Energy Environ. Sci.：銅原子間距立大功！促進(jìn)催化劑電化學(xué)共還原CO₂/NO^3-合成尿素

尿素(尿素，CO(NH2)₂)是由NH₃和CO₂生成的，它也是農(nóng)業(yè)和高分子工業(yè)中最重要的化合物之一。雖然世界上生產(chǎn)的尿素有90%以上被用作肥料，但它在紡織、塑料、醫(yī)藥和能源載體等非農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。目前工業(yè)尿素合成高度依賴于能源和成本密集型的Haber-Bosch和Bosch-Meiser工藝，這些工藝在高溫高壓條件下運(yùn)行，存在比其他工業(yè)過(guò)程消耗更多能源的問(wèn)題，還會(huì)排放更多的溫室氣體。

為了可持續(xù)發(fā)展，有必要建立一種環(huán)境友好、節(jié)能的尿素合成方法，以減小日益嚴(yán)重的環(huán)境和能源危機(jī)。目前，可持續(xù)的、可再生的電催化尿素合成可能是替代當(dāng)前能源密集型工業(yè)工藝的有前景的策略之一。

基于此，蔚山科學(xué)技術(shù)院Hyun-Kon Song、Hyun-Wook Lee和Youngkook Kwon以及國(guó)立成功大學(xué)Mu-Jeng Cheng(共同通訊)等人發(fā)現(xiàn)具有原子尺度間距的銅(Cu)可以顯著改善催化劑電化學(xué)共還原CO₂/NO^3-(CR-CO₂/NO^3-)合成尿素的性能。

本文通過(guò)比較6?-Cu、純Cu和其他對(duì)比催化劑的極化曲線可以發(fā)現(xiàn)，催化劑6?-Cu比純Cu和其他對(duì)比催化劑表現(xiàn)出更優(yōu)異的起始電位和更好的電流密度，表明6?-Cu比純Cu具有更優(yōu)異的CR-CO₂/NO^3-活性。然后，在-0.15 V_RHE到-0.4 V_RHE的不同還原電位下，通過(guò)1.5小時(shí)的測(cè)試，系統(tǒng)地研究了6?-Cu，純Cu和其他對(duì)比催化劑的CR-CO₂/NO^3-電化學(xué)活性。

研究發(fā)現(xiàn)，在CR-CO₂/NO^3-的C-N偶聯(lián)產(chǎn)物中，6?-Cu催化劑對(duì)制備尿素表現(xiàn)出較高的活性。純Cu在-0.3 V_RHE時(shí)開(kāi)始產(chǎn)生尿素，而6?-Cu在只有-0.15 V_RHE時(shí)就開(kāi)始產(chǎn)生尿素。本文還計(jì)算了催化劑的尿素產(chǎn)率和相應(yīng)的法拉第效率(FE_urea)，計(jì)算后發(fā)現(xiàn)當(dāng)還原電位達(dá)到-0.41 V_RHE時(shí)，6?-Cu催化劑的最大尿素產(chǎn)率為7,541.9 μg h^-1 mg_cat^-1，F(xiàn)E_urea為51.97±0.8%，而在-0.53 V_RHE時(shí)，純Cu上的最大尿素產(chǎn)率和FE_urea僅為444.7 μg h^-1 mg_cat^-1和15.2%。

除此之外，在-0.41 V_RHE時(shí)，6?-Cu催化劑產(chǎn)生尿素的局部電流密度(j_urea)為115.25 mA cm^-2，比純Cu高18.8倍。值得注意的是，在50小時(shí)的穩(wěn)定性測(cè)試中，6?-Cu催化劑可以穩(wěn)定的產(chǎn)生尿素，6?-Cu催化劑同時(shí)兼具了優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性?？傊?，與純銅相比，其他原子尺度間距(d_s)的Cu催化劑(3?-Cu，12?-Cu和15?-Cu)顯示出更高的FE_urea和j_urea，這表明具有原子尺度間距的銅催化劑比純銅催化劑具有更有利的C-N偶聯(lián)反應(yīng)位點(diǎn)，這十分有助于提升催化劑的催化性能。

綜上所述，本文證明了銅晶面之間的原子尺度間距可以顯著提高催化劑的CR-CO₂/NO^3-活性和選擇性。利用詳細(xì)的化學(xué)和形態(tài)表征，包括XRD，XANES，NEXAFS和原位TEM等可以發(fā)現(xiàn)，鋰化和去鋰化過(guò)程顯著地改變了Cu₂O納米粒子的化學(xué)結(jié)構(gòu)和形態(tài)，并成功地在Cu晶面之間構(gòu)建了原子尺度的間距。本文放大的STEM圖像等表征結(jié)果，充分證明了從3到15 ?的原子尺度間距可以很容易地由Cu₂O納米顆粒上的鋰化程度控制。

此外，本文的原位XANES/拉曼實(shí)驗(yàn)以及催化劑的比表面積和電化學(xué)比表面積分析充分表明，催化劑的CR-CO₂/NO^3-性能不依賴于氧化狀態(tài)或比表面積和電化學(xué)活性比表面積，而是由兩個(gè)銅納米顆粒面之間的原子尺度距離控制的。

此外，本文的密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明當(dāng)d_s從6.0降低到5.0 ?時(shí)催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘增加了，當(dāng)d_s為6 ?的Cu在C-N偶聯(lián)反應(yīng)中具有最低的動(dòng)力學(xué)勢(shì)壘。此外，在分析電子結(jié)構(gòu)時(shí)候，發(fā)現(xiàn)這種性能增強(qiáng)可以歸因于頂部Cu表面穩(wěn)定過(guò)渡態(tài)的能力。因此，本文認(rèn)為具有原子尺度間距的Cu₂O是一種有前景的電催化劑，可以用于CR-CO₂/NO^3-高效合成尿素。

Copper with An Atomic-Scale Spacing for Efficient Electrocatalytic Co-Reduction of Carbon Dioxide and Nitrate to Urea, Energy & Environmental Science, 2023, DOI: 10.1039/d3ee00008g.

https://doi.org/10.1039/D3EE00008G.

7. Nat. Commun.：內(nèi)建電場(chǎng)和異質(zhì)結(jié)構(gòu)！FeN/Fe₃N將CO₂高效還原為CO

將二氧化碳轉(zhuǎn)換為碳基化學(xué)產(chǎn)物/燃料是實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)境和能源可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵一步。CO₂原則上可以被還原為具有活性的碳產(chǎn)物，但活化的CO₂中間產(chǎn)物往往經(jīng)歷不同的反應(yīng)途徑，因此很難有效地控制反應(yīng)的選擇性。近年來(lái)，電化學(xué)CO₂還原反應(yīng)(CO₂RR)因其具有利用可再生電力減少CO₂的誘人潛力而得到了廣泛的研究。

這些研究的核心在于制備高效的催化劑，以降低還原過(guò)電位，并將反應(yīng)路徑導(dǎo)向特定的碳產(chǎn)物。在所有可能由CO₂RR產(chǎn)生的產(chǎn)物中，產(chǎn)物CO被廣泛用于制備其他化學(xué)品和燃料。在CO₂RR過(guò)程中，CO是通過(guò)兩電子還原過(guò)程產(chǎn)生的，該反應(yīng)可以由許多不同的催化劑催化，不僅包括貴金屬，還包括非貴金屬和金屬-N₄結(jié)構(gòu)催化劑。

對(duì)于一些M-N₄結(jié)構(gòu)催化劑，由于電子導(dǎo)電性增加，帶隙減小，降低了整體反應(yīng)能壘，可以促進(jìn)CO的生成，但有些M-N₄催化劑還受到緩慢的動(dòng)力學(xué)和決速步驟的限制，存在性能較差的問(wèn)題。因此，穩(wěn)定M-N催化劑的化學(xué)環(huán)境，使其以低過(guò)電位加氫或脫附CO對(duì)CO₂RR的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。

基于此，蘭州大學(xué)殷杰、席聘賢、鄭州大學(xué)Du xin以及布朗大學(xué)孫守恒等人報(bào)道了一種制備FeN/Fe₃N納米粒子(NP)的方法，并將FeN/Fe₃N界面暴露在納米粒子表面，實(shí)現(xiàn)了高效的CO₂RR。

本文在充滿Ar和CO₂飽和的0.5 M KHCO₃電解質(zhì)中，利用H型電解池，在室溫環(huán)境下測(cè)試了這些Fe-N NP催化劑的CO₂RR性能。通過(guò)線性掃描伏安法(LSV)和循環(huán)伏安法(CV)測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eN/Fe₃N對(duì)CV測(cè)試的響應(yīng)更強(qiáng)，顯示出比FeN或Fe₃N更高的電流密度，這表明它可以實(shí)現(xiàn)更高效的CO₂RR。

此外，在恒定的還原電位下，本文用氣相色譜(GC)和核磁共振(NMR)對(duì)催化劑的CO₂RR產(chǎn)物進(jìn)行了驗(yàn)證。在當(dāng)前的電催化反應(yīng)條件下，F(xiàn)eN/Fe₃N是將CO₂還原為CO最有效的催化劑，在-0.4 V時(shí)生成CO的法拉第效率(FE)達(dá)到98%，在-0.5~- 0.9 V時(shí)達(dá)到90%以上。

與最近報(bào)道的催化劑相比，F(xiàn)eN/Fe₃N催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的CO選擇性。此外，F(xiàn)eN/Fe₃N催化劑的選擇性比N摻雜KJ碳(FE_CO>20%)、FeN(FE_CO~80%)和Fe₃N(FE_CO~70%)要高得多，這表明FeN/Fe₃N界面結(jié)構(gòu)是CO選擇性增強(qiáng)的關(guān)鍵。值得注意的是，F(xiàn)eN/Fe₃N的質(zhì)量活性為400 mA mg_Fe^-1，并且在電壓為-0.9 V時(shí)，其轉(zhuǎn)換頻率(TOF)為116 s^-1，轉(zhuǎn)換數(shù)(TON)為99，這些都表明了FeN/Fe₃N具有優(yōu)異的催化性能。

為了更好地理解Fe-N催化機(jī)理，本文還利用密度泛函理論(DFT)計(jì)算了催化劑表面的相關(guān)活化能。本文比較了Fe₃N，F(xiàn)eN和FeN/Fe₃N的態(tài)密度(DOS)和d帶中心的電子密度。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以得知，F(xiàn)eN/Fe₃N異質(zhì)結(jié)構(gòu)的d帶中心在-0.506 eV處，F(xiàn)eN的d帶中心在-0.523 eV處，F(xiàn)e₃N的d帶中心在-0.500 eV處，說(shuō)明Fe₃N有利于促進(jìn)催化劑的d帶中心向費(fèi)米能級(jí)(E_F)的偏移。

此外，F(xiàn)eN/Fe₃N的DOS和IDOS的強(qiáng)度高于FeN或Fe₃N結(jié)構(gòu)，這表明FeN/Fe₃N表面的電子在E_F處更密集，有利催化劑與反應(yīng)中間體的有效結(jié)合。根據(jù)FeN/Fe₃N表面常見(jiàn)的CO₂RR反應(yīng)途徑，本文計(jì)算出了FeN/Fe₃N的電勢(shì)決定步驟的吉布斯自由能(ΔG)為0.317 eV，遠(yuǎn)低于FeN(0.540 eV)和Fe₃N(1.10 eV)，這表明FeN/Fe₃N結(jié)構(gòu)更有利于CO₂RR。

之后，本文還進(jìn)一步構(gòu)建了FeN(110)/Fe₃N(001)異質(zhì)結(jié)構(gòu)，以揭示FeN(110)在催化CO₂RR中的作用。計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eN(110)/Fe₃N(001)結(jié)構(gòu)從CO_2ad到^*COOH的ΔG為1.189 eV，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于FeN(100)/Fe₃N(001)異質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步表明FeN(100)/Fe₃N(001)異質(zhì)結(jié)構(gòu)有利于CO₂RR。

本文的計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了通過(guò)Fe-N催化劑的結(jié)構(gòu)表征和催化實(shí)驗(yàn)中得出的結(jié)論，即具有內(nèi)建電場(chǎng)的FeN(100)/Fe₃N(001)界面在E_F附近有豐富的電子，用于CO₂的吸附和活化，進(jìn)而使得催化劑具有通過(guò)CO₂RR產(chǎn)生CO的強(qiáng)催化性能。本文的工作表明，在納米粒子表面上構(gòu)建極化場(chǎng)是設(shè)計(jì)高活性CO₂RR催化劑的一種有前途的方法。

The Built-in Electric Field Across FeN/Fe₃N Interface for Efficient Electrochemical Reduction of CO₂ to CO, Nature Communications, 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-37360-9.

https://www.nature.com/articles/s41467-023-37360-9.

8. Small：利用快速微波加熱策略制備的高熵氧化物可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的光電化學(xué)析氧

由于不斷增長(zhǎng)的能源需求和對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注，人們開(kāi)始研究可以替代化石燃料的綠色和可再生能源。氫氣因其能量密度高、可持續(xù)性好、成本低、生態(tài)友好等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種有能力替代化石燃料的能源。電解水是一種令人印象深刻的技術(shù)，它可以通過(guò)風(fēng)能和太陽(yáng)能分解水來(lái)產(chǎn)生氫氣，但該技術(shù)的發(fā)展很大程度上受到析氧反應(yīng)(OER)的限制，從而具有過(guò)高的過(guò)電位和較低的能量效率。

光化學(xué)OER最近被認(rèn)為是一種有效的技術(shù)，可以通過(guò)收集太陽(yáng)能來(lái)改善OER動(dòng)力學(xué)。因此，這就推動(dòng)了研究人員設(shè)計(jì)具有高效光收集能力的優(yōu)異OER電催化劑來(lái)提高OER動(dòng)力學(xué)并減少電力消耗。

基于此，慶尚大學(xué)Gyoung Hwa Jeong和Myong Yong Choi(共同通訊)等人報(bào)道了在Ti₃C₂T_x MXene上通過(guò)快速微波加熱和低溫煅燒合成高熵氧化物(HEO)納米結(jié)構(gòu)的新策略。

本文對(duì)合成的HEO/Ti₃C₂T_x Mxene的電催化性能通過(guò)在1 M KOH電解質(zhì)中利用典型的三電極體系進(jìn)行了測(cè)試。根據(jù)Ti₃C₂T_x MXene和HEO/Ti₃C₂T_x MXene的線性掃描伏安(LSV)曲線可以發(fā)現(xiàn)純Ti₃C₂T_x MXene表現(xiàn)出極差的OER性能。然而，HEO/Ti₃C₂T_x則表現(xiàn)出顯著改善的OER性能，表明HEO是電催化OER過(guò)程中最活躍的相。

此外，與其他HEO/Ti₃C₂T_x相比，合成的HEO/Ti₃C₂T_x-0.5在10 mA cm^-2的電流密度下具有低的過(guò)電位(360 mV)，表現(xiàn)出最佳的電化學(xué)OER活性，這是由于Ti₃C₂T_x MXene中的高HEO含量，這也說(shuō)明了HEO和Ti₃C₂T_x的比例是決定HEO/Ti₃C₂T_x的OER性能的重要因素。

更加重要的是，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5的OER性能幾乎與商業(yè)IrO₂(在10 mA cm^-2下340 mV)相當(dāng)?？傊陔娏髅芏葹?0 mA cm^-2時(shí)，HEO/Ti₃C₂T_x的過(guò)電位順序?yàn)椋篐EO/Ti₃C₂T_x-0.5(360 mV)<HEO/Ti₃C₂T_x-0.25(480 mV)<HEO/Ti₃C₂T_x-0.1(560 mV)。

為了進(jìn)一步研究催化劑的OER動(dòng)力學(xué)，本文還比較了催化劑的Tafel斜率。催化劑的Tafel斜率的排序?yàn)镠EO/Ti₃C₂T_x-0.5(99 mV dec^-1)<HEO/Ti₃C₂T_x-0.25(147mv dec^-1)<HEO/Ti₃C₂T_x-0.1(185 mV dec^-1)<Ti₃C₂T_x(317 mV dec^-1)。

與其他催化劑相比，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5具有較小的Tafel斜率，表明其具有快速的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和優(yōu)異的OER催化性能。此外，本文還對(duì)催化劑的電化學(xué)阻抗，電化學(xué)活性比表面積等進(jìn)行了研究，電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5是一種優(yōu)化的OER電催化劑。

過(guò)渡金屬基納米材料表現(xiàn)出良好的光吸收能力，因此它們被用于各種光和光電化學(xué)應(yīng)用。有趣的是，合成的HEO/Ti₃C₂T_x MXene有多種過(guò)渡金屬，這有望提高其在可見(jiàn)光照明下的OER性能。

因此，本文繼續(xù)研究了合成的HEO/Ti₃C₂T_xMXene的光電電化性能。結(jié)果表明，在可見(jiàn)光照明下，HEO/Ti₃C₂T_x的OER性能得到了改善，其在10 mA cm^-2時(shí)的過(guò)電位為331 mV，低于商業(yè)IrO₂(10 mA cm^-2時(shí)的過(guò)電位為340 mV)，這是由于光誘導(dǎo)空穴有利于OER動(dòng)力學(xué)。

此外，Tafel斜率表明，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5的Tafel斜率較小(71 mV dec^-1)，這證實(shí)了可見(jiàn)光照射具有顯著改善HEO/Ti₃C₂T_x-0.5的OER動(dòng)力學(xué)的作用。更重要的是，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5在380 mV時(shí)具有21.8 A g^-1的高質(zhì)量活性，同時(shí)具有更高的轉(zhuǎn)換頻率，這均表明其在可見(jiàn)光照射下具有更好的OER性能。不容忽略的是，HEO/Ti₃C₂T_x-0.5在10和50 mA cm^-2電流密度下測(cè)試五小時(shí)后依舊具有良好的光電化學(xué)穩(wěn)定性。

綜上所述，本文制備的HEO/Ti₃C₂T_x-0.5具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、良好的電導(dǎo)率、可見(jiàn)光捕獲能力、更多的活性位點(diǎn)暴露以及快速的氧化還原過(guò)程，其優(yōu)異的OER性能是由于HEO與高導(dǎo)電率Ti₃C₂T_x之間的強(qiáng)協(xié)同作用?？傊疚牡墓ぷ鳛楦咝EO基催化劑的開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)新的視角。

Architecting the High-Entropy Oxides on 2D MXene Nanosheets by Rapid Microwave-Heating Strategy with Robust Photoelectrochemical Oxygen Evolution Performance, Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202207820.

https://doi.org/10.1002/smll.202207820.

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