苏州大学FUNSOM张桥课题组： Co-CNT/MXene用于高效氧还原反应

【引言】

氧还原反应（ORR）在燃料电池和金属空气电池等可再生能源转换和储存技术中扮演重要角色。作为目前活性最好的ORR催化剂，Pt基催化剂的大规模应用严重受限于价格昂贵、元素丰度低和稳定性差等问题。开发高效、非贵金属ORR催化剂是电催化研究中的一个重要方向。

非贵金属ORR催化剂设计思路：

（1）富含M-N_x位点，作为ORR反应的活性位；

（2）高导电性，确保电子快速传递；

（3）高比表面积，有利于O₂到活性位的扩散。

【成果简介】

最近，苏州大学FUNSOM的陈佳念同学（第一作者）、吕奉磊博士（共同通讯作者）和张桥教授（共同通讯作者）通过在MXene纳米片上原位生长ZIF-67纳米颗粒，然后进一步焙烧得到Co-CNT/MXene复合结构。二维MXene纳米片不仅作为Co-CNT生长的导电性载体，还协调了催化剂中碳石墨化程度和比表面积的平衡。在碱性条件下，Co-CNT/MXene不仅展现出与Pt/C类似的ORR活性，还具有比Pt/C更优异的稳定性和抗甲醇毒性。

【图文导读】

图1 Co-Ti₃C₂合成示意图.

图 2 Co-Ti₃C₂-60的XRD谱图和XPS结果。

图 3 Co-Ti₃C₂-60的SEM，TEM，HRTEM和EDS mapping图。

图 4 Co-Ti₃C₂的ORR活性、电子转移数、抗甲醇毒性和稳定性结果。

图 5 Co-Ti₃C₂的Raman和BET结果。

【小结】

本文报道了利用在MXene上原位生长MOF的方法合成Co-CNT/MXene，并应用于ORR。Co-CNT/MXene的高ORR性能归因于MXene的引入不但提高催化剂的导电性还有利于O₂的快速扩散和催化活性位的有效暴露。本文明确了理性集成MXene和MOF的重要性，为可再生能源技术的大规模应用提供更多机会。

文献链接：Integrating MXene nanosheets with cobalt-tipped carbon nanotubes for an efficient oxygen reduction reaction (J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 1281)

课题组简介

张桥课题组的研究集中于新型功能材料的设计、制备、组装与应用。利用先进的表面催化表征手段，着力研究微观界面的反应及作用机理，在此基础上对其微观结构进行合理的设计和定向的合成，由此实现材料不同的功能或使其性能最优化。我们将着重发展基于无机功能纳米材料的新型复合催化材料，并积极探索其在工业催化、新型清洁能源及环境保护等领域的应用。 1、 面向传统气相催化应用的纳米催化材料； 2、 光电功能纳米材料的可控制备与界面构筑； 3、 无机功能纳米材料的电催化应用。

课题组主页http://web.suda.edu.cn/qiaozhang/index.html

本文由苏州大学FUNSOM的吕奉磊博士供稿，材料人编辑部编辑

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