與單原子催化劑相比，雙原子催化劑可以為不同的反應(yīng)中間體提供更加靈活的構(gòu)型，兩個(gè)不同催化位點(diǎn)之間的協(xié)同作用可以加速多中間體反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。為了構(gòu)筑雙原子電催化劑，載體在穩(wěn)定金屬原子和調(diào)節(jié)其電子結(jié)構(gòu)方面起著關(guān)鍵作用。其中，金屬-載體相互作用(MSI)會(huì)引起電子軌道雜化并使金屬原子和載體之間的電荷轉(zhuǎn)移成為可能，從而影響電催化劑的催化活性和穩(wěn)定性。

一般而言，多種功能性碳材料(例如石墨烯和碳納米管)和過渡金屬氧化物常被用作錨定雙金屬原子的載體。然而，它們?cè)趬A性電解質(zhì)中的低耐腐蝕性和弱的導(dǎo)電性限制了它們的整體催化性能。因此，尋找更合適的載體材料來合理調(diào)控雙原子電催化劑的活性中心的局域環(huán)境和電子結(jié)構(gòu)迫在眉睫。

近日，香港城市大學(xué)Andrey L. Rogach和鄭學(xué)榮等報(bào)道了一種通過預(yù)吸附L-色氨酸分子對(duì)MXene載體進(jìn)行表面修飾的策略，使雙原子Co/Ni電催化劑通過形成N-Co/Ni-O鍵附著在Ti₃C₂T_x表面(CoNi-Ti₃C₂T_x，負(fù)載量高達(dá)5.6 wt%)，并將其用作電催化OER和HER的有效催化劑。

實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果表明，通過L-色氨酸的表面修飾，可以調(diào)控MXenes的表面性質(zhì)和層間距，從而增加其比表面積和金屬原子的吸附位點(diǎn)；同時(shí)，CoNi-Ti₃C₂T_x電極中的Ni和Co可以協(xié)同增強(qiáng)活性位點(diǎn)(Co和Ni)與載體之間的電子調(diào)制，使得催化劑中發(fā)生了更有效的電子轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致活性位電子結(jié)構(gòu)的重新分布，從而降低了在OER和HER過程中速率決定步驟的能壘，促進(jìn)了反應(yīng)的進(jìn)行。

因此，CoNi-Ti₃C₂T_x電極顯示出良好的電化學(xué)活性，其在10 mA cm^?2電流密度下的OER和HER過電位分別為241 mV和31 mV。此外，以CoNi-Ti₃C₂T_x作為陰極和陽極組裝的水電解槽僅需1.58 V的槽電壓就能達(dá)到10 mA cm^?2，并且具有較高的耐久性(250 mA cm^?2下連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行50 h)，顯示出作為大規(guī)模整體水分解的有效雙功能電催化劑的巨大潛力。

總的來說，該項(xiàng)工作為雙原子MXene基電催化劑的設(shè)計(jì)提供了一種有效的方法，并闡明了其催化活性提高的機(jī)制。

Dual-Atom Co/Ni electrocatalyst anchored at the surface-modified Ti₃C₂T_x MXene enables efficient hydrogen and oxygen evolution reactions. ACS Nano, 2024. DOI: 10.1021/acsnano.3c09639