開發(fā)納米級或原子級的Pt基電催化劑用于氫析出反應(yīng)（HER），這對于緩解Pt儲量低的問題非常重要。這里，提出了一種方法來構(gòu)建分級的Pt-MXene-單壁碳納米管（SWCNTs）異質(zhì)結(jié)構(gòu)用于HER催化。在該異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，高活性的納米/原子級金屬Pt固定在Ti3C2Tx MXene薄片（MXene @ Pt）上，它與導(dǎo)電的SWCNT框架相連接。利用MXene的親水性和可還原性等優(yōu)勢，MXene @ Pt膠體懸浮液可通過自發(fā)將Pt陽離子還原成金屬Pt制備而得，無需額外的還原劑或后處理。如此制備的分級HER催化劑（以膜的形式存在），在800 h工作期間顯示出高的穩(wěn)定性，在-50 mV vs. RHE時，體積電流密度高達(dá)230 mA cm−3。該溶液處理的策略提供了一種簡單，高效但可擴(kuò)展的方法來構(gòu)建穩(wěn)定高效的HER催化劑。考慮到Pt-MXene-SWCNT分級結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系，其他MXene可能在HER電催化中有著更大的應(yīng)用前景。
Figure 1. （a）制備Ti3C2Tx膠體懸浮液和（b）MXene@Pt/SWCNTs納米催化劑的示意圖。
Figure 2.形貌及元素分析。（a）幾層Ti3C2Tx納米薄片的TEM圖，（b）Ti3C2Tx@5Pt 的TEM圖，（c-d）MXene@5Pt的HAADF-STEM圖和相應(yīng)的元素分布圖，（e）原子級HAADF-STEM圖，（f）Pt顆粒尺寸分布情況，（g）觀察到單個Pt原子，（h）尖端探頭超聲處理后SWCNT的TEM圖，（i）SWCNT薄膜的SEM圖。
Figure 3. 催化劑的HER性能表征。（a-b）極化曲線（分別用面積電流和體積電流呈現(xiàn)），（c）Tafel斜率，（d）S-M-5Pt催化劑的LSV曲線，（e）5片S-M-5Pt的長時間穩(wěn)定性測試。
Figure 4. 動力學(xué)研究。（a，b，d，e）不同電極在-50 mV電位下的EIS圖，（c）贗電容行為和（f）HER行為的等效電路圖。
該研究工作由中國科學(xué)院金屬研究所王曉輝課題組于2020年發(fā)表在Adv. Funct. Mater.期刊上。原文：Ultrastable MXene@Pt/SWCNTs' Nanocatalysts for Hydrogen Evolution Reaction
