第一作者：Yucai Wu

通讯作者：赵焱，周亮，麦立强

通讯单位：武汉理工大学

研究内容：

铂（Pt）基电催化剂是析氢反应（HER）的基准催化剂；然而，它们受到稀缺性和高价格的限制。引入足够的底物来分散和锚定 Pt 是提高利用效率的可行途径。提出了一种快速连续喷雾干燥法制备负载亚纳米铂簇的三维褶皱Ti₃C₂T_x MXene(Pt/MXene)。三维褶皱结构抑制了层状MXene纳米片的重新堆积，保证了Pt团簇的充分暴露。所制备的催化剂具有与商业Pt/C相当的优良HER性能，包括34 mV的低过电位，达到10 mA cm⁻²的电流密度，优越的质量活性(1847 mA mg_Pt⁻¹)，小的Tafel斜率(29.7 mV dec⁻¹)和高周转频率(10.66 H₂ s⁻¹)。Pt/MXene活性的提高可以归因于Pt团簇向MXene的电荷转移，这削弱了氢的吸附，密度泛函理论的计算证明了这一点。本论文提出了一种新的策略，将低质量负载的亚纳米贵金属团簇固定在皱巴巴的MXene上，并具有完全暴露的催化活性位点。

要点一：

本文报道了一种快速、连续的喷雾干燥路线，构建具有亚纳米铂簇装饰的三维皱纸状MXene。Pt物种自发还原并固定在MXene纳米片上，三维褶皱结构不仅减少了二维MXene纳米片的自堆积/团聚，而且最大限度地增加了Pt催化剂的暴露。

要点二：

Pt/MXene显示了高效的HER性能，理论计算表明，Pt团簇与MXene之间的相互作用保证了适当的吉布斯氢吸附自由能(ΔG_H*)，这有利于HER活性。

图1.a）Pt/MXene的制备示意图。b)Pt/MXene的SEM图像。c，d)Pt/MXene的HAADF-STEM图像，e)EDX元素映射。

图2.a)Ti₃AlC₂、F-Ti₃C₂T_x、S-Ti₃C₂T_x和Pt/MXene的XRD谱图。b)放大的XRD模式显示2θ区域从5^°到10^°。c)Pt/MXene和S-Ti₃C₂T_x的拉曼光谱。d)Pt/MXene的Pt 4f XPS谱。Pt/MXene, Pt foil, and PtO₂ e) 归一化的 Pt L₃-edge XANES和f) FT k₃χ(R) Pt L₃-edge EXAFS。

图3.a)MXene、Pt/MXene和Pt/C的极化曲线。b)MXene、Pt/MXene和Pt/C在j₁₀和j₁₀₀处的比活性。c)Pt/MXene和Pt/C的质量活性。d)Tafel斜率来自于(a)。e)MXene、Pt/MXene和Pt/C的双层电容(C_dl)图。f)MXene和Pt/MXene的EIS谱。

图4.a）Pt和Pt/TiCO-F的PDOS。b)Pt/TiCO-F和Pt的Bader电荷分布。蓝色、白色、红色、青色、灰色和深灰色的原子分别代表Pt、H、O、F、Ti和C。c)计算了Pt/TiCO、Pt（111）、TiCO和Pt/TiCO-F上析氢的自由能图。注释：TiCO是指带有氧终止基团的MXene。TiCO-F是指具有氧和氟终止基团的MXene。

参考文献：

Yucai Wu, Wei Wei, Ruohan Yu, Lixue Xia, Xufeng Hong, Jiexin Zhu, Jiantao Li, Lei Lv,

Wei Chen, Yan Zhao,^* Liang Zhou,^* and Liqiang Mai^*. Anchoring Sub-Nanometer Pt Clusters on Crumpled Paper-Like MXene Enables High Hydrogen Evolution Mass Activity. Adv. Funct. Mater. 2022, 2110910