基于MXenes材料的電催化析氫研究進展

王家佩，江 松，叢 野，李軒科，董志軍，袁觀明，李艷軍，張 江

(1.武漢科技大學，省部共建耐火材料與冶金國家重點實驗室，武漢 430081；2.武漢科技大學，煤炭轉化與新型碳材料湖北省重點實驗室，武漢 430081)

0 引 言

目前，能源危機是當今世界上最重要、最緊迫的討論話題之一。傳統化石燃料的過度消耗導致了環境污染和全球變暖等嚴峻問題[1]。因此，迫切需要開發可再生和清潔的替代能源，以維持社會和生態環境的協調與可持續發展。其中，氫氣因具有可再生、無溫室氣體排放(H2的唯一燃燒產物是水)和在所有燃料中能量密度最高(70 927 500 Pa下約為140 MJ·kg-1)等優點而備受關注，電解水產氫技術也因此成為熱門研究方向[2]。迄今為止，貴金屬(如Pt、Ir、Ru)是用作電催化析氫(HER)最主要的催化劑，然而它們的高成本和稀缺性限制了其在實際生產中的大規模使用。因此，降低催化劑中貴金屬的含量[3]以及開發高活性的地球資源豐富的非貴金屬催化劑[4]成為發展經濟、高效電解水系統的首要任務之一。

目前，已有大量文獻報道了各種對HER具有催化活性的非貴金屬電催化劑，主要有過渡金屬化合物(氮化物(TMNs)、碳化物(TMCs)、二硫化物(TMDs)和磷化物(TMPs)等)、氮摻雜石墨烯和g-C3N4等[5]。但這些催化劑通常存在成本高昂、制備工藝復雜、催化活性不高和穩定性差等問題。

自2011年報道第一個MXene Ti3C2Tx以來[6]，MXenes已成為一種極具發展前景的二維材料，具有高導電性、良好的化學穩定性、豐富的表面基團及親水表面等諸多吸引人的特點。MXenes因其電子傳遞速率快、界面相互作用強等優點，在儲能和能源轉化等諸多領域受到了廣泛關注[7]。……