​ACS Nano：从Ti2C3Tx MXene到Pt修饰的TiO2@TiC！实现高效析氢！

如今，化石燃料的使用不仅带来了不可再生资源的短缺问题，也使人们面临其他严重的问题，如温室气体排放和环境的恶化。因此，人们迫切需要寻找可替代的清洁能源。氢能作为一种能量密度高、燃烧无污染的清洁能源，受到越来越多的关注和研究。与其他的耗能技术相比，电解水更受青睐。然而，由于其半反应析氢反应(HER)的过电位较高，许多学者致力于制备各种催化剂来降低HER过电位。

其中，通过脉冲激光液体烧蚀法(PLAL)和脉冲激光液体照射法(PLIL)合成金属纳米颗粒具有制备快速、催化剂无表面活性剂和环保等优点，基于此，庆尚大学Myong Yong Choi等人成功通过PLIL工艺刻蚀Ti₃AlC₂ MAX得到了二维MXene(Ti₃C₂T_x)。

本文在1.0 M KOH电解质中通过三电极系统来评估合成的Pt/TiO₂@TiC/Pt催化剂的HER活性。首先，测试了PLI持续时间对催化剂HER活性的影响。最优的Pt/TiO₂@TiC/Pt-5催化剂在10 mA cm^-2的电流密度下的过电位(η₁₀)为58 mV，与商业Pt/C(56 mV)相当，且过电位远低于Pt/TiO₂@TiC/Pt-10(67 mV)、Pt/TiO₂@TiC/Pt-20(150 mV)、Pt NPs(94 mV)和TiO₂@TiC (580 mV)。

此外，本文还在输出功率为100 mW cm^-2的氙灯照明下，测试了通过MXene和Pt盐合成的Pt修饰的TiO₂@TiC核-壳结构催化剂的HER活性，以证明该电催化剂的光活性。测试结果表明，由于较弱的光学性质，商业Pt/C的极化曲线保持不变，然而对于TiO₂@TiC和Pt/TiO₂@TiC/Pt，其过电位降低的同时HER电流密度急剧增加，这也证明Pt/TiO₂@TiC/Pt-5具有优异的电化学以及光电化学性能。

本文在不使用其他还原剂的情况下，以不同的PLI时间修饰了TiO₂@TiC的表面，得到的Pt/TiO₂@TiC/Pt具有优异的HER性能。结果表明，在用Pt纳米粒子修饰TiO₂@TiC的情况下，最佳的Pt含量有助于催化剂与氢结合，有利于TiO₂@TiC更好的吸附水分子。

此外，XPS分析还证实，催化剂表面存在Ti⁴⁺和Ti³⁺空穴态，通过水的氧孤对与正电荷Ti离子之间的弱相互作用促进了水的吸附。通过电化学测试结果获得的活性位点、质量活性和TOF结果表明，Pt/TiO₂@TiC/Pt-5催化剂具有显著提高的本征催化活性，因此Pt/TiO₂@TiC/Pt-5在HER在过程中产生了大量的氢气。总之，TiO₂@TiC核-壳结构与Pt纳米粒子之间的协同作用，使得Pt/TiO₂@TiC/Pt具有了高效的电化学以及光电化学HER性能。这项研究为合理设计和制备高效纳米HER催化剂提供了可靠的策略。

Moving beyond Ti₂C₃T_x MXene to Pt-Decorated TiO₂@TiC Core-Shell via Pulsed Laser in Reshaping Modification for Accelerating Hydrogen Evolution Kinetics, ACS Nano, 2023, DOI: 10.1021/acsnano.2c12638.

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c12638.