CoP修饰Ti₃C₂T_x MXene纳米复合材料作为高效析氢反应电催化剂

摘要

高效、经济和环保是电化学水分解制氢电催化剂的关键要素。二维（2D） MXene材料因其独特的物理化学性质而受到广泛关注。虽然有许多不同种类的MXene材料，但只有少数具有本征析氢反应（HER）催化活性。然而，MXene材料具有很多优点，如较大的比表面积、高电导率和丰富的表面官能团，因此可以作为与其他物质复合的理想平台。本研究首先通过密度泛函理论（DFT）预测了CoP与Ti₃C₂T_x MXene （其中Tx=―F和―OH官能团）具有低的氢吸附自由能（?GH*）。接着，我们合成了CoP-Ti₃C₂T_x MXene纳米复合材料，并在0.5 mol·L^-1 H₂SO₄中测试了其电催化HER性能。该材料在电流密度为10m A·cm^-2时表现出了低的过电位（135 mV）和Tafel斜率为48 mV·dec^-1。理论计算表明，CoP-Ti₃C₂T_x MXene纳米复合材料的优异电催化性能源于Ti₃C₂T_x的高金属导电性、良好的界面电荷转移、快速的氢吸附/解吸过程以及优化的电子结构。

关键词

Ti₃C₂T_x MXene / 析氢反应 / CoP / 密度泛函理论 / 界面电荷转移

基金资助

国家自然科学基金(62004143,22174033);; 湖北省重点研发计划(2022BAA084);; 光电化学材料与器件教育部重点实验室(江汉大学)开放基金(JDGD-202227);; 武汉市知识创新专项项目-曙光计划(2022010801020355)资助