如今，化石燃料的使用不僅帶來了不可再生資源的短缺問題，也使人們面臨其他嚴(yán)重的問題，如溫室氣體排放和環(huán)境的惡化。因此，人們迫切需要尋找可替代的清潔能源。氫能作為一種能量密度高、燃燒無污染的清潔能源，受到越來越多的關(guān)注和研究。與其他的耗能技術(shù)相比，電解水更受青睞。然而，由于其半反應(yīng)析氫反應(yīng)(HER)的過電位較高，許多學(xué)者致力于制備各種催化劑來降低HER過電位。

其中，通過脈沖激光液體燒蝕法(PLAL)和脈沖激光液體照射法(PLIL)合成金屬納米顆粒具有制備快速、催化劑無表面活性劑和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，基于此，慶尚大學(xué)Myong Yong Choi等人成功通過PLIL工藝刻蝕Ti₃AlC₂ MAX得到了二維MXene(Ti₃C₂T_x)。

本文在1.0 M KOH電解質(zhì)中通過三電極系統(tǒng)來評估合成的Pt/TiO₂@TiC/Pt催化劑的HER活性。首先，測試了PLI持續(xù)時(shí)間對催化劑HER活性的影響。最優(yōu)的Pt/TiO₂@TiC/Pt-5催化劑在10 mA cm^-2的電流密度下的過電位(η₁₀)為58 mV，與商業(yè)Pt/C(56 mV)相當(dāng)，且過電位遠(yuǎn)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，本文還在輸出功率為100 mW cm^-2的氙燈照明下，測試了通過MXene和Pt鹽合成的Pt修飾的TiO₂@TiC核-殼結(jié)構(gòu)催化劑的HER活性，以證明該電催化劑的光活性。測試結(jié)果表明，由于較弱的光學(xué)性質(zhì)，商業(yè)Pt/C的極化曲線保持不變，然而對于TiO₂@TiC和Pt/TiO₂@TiC/Pt，其過電位降低的同時(shí)HER電流密度急劇增加，這也證明Pt/TiO₂@TiC/Pt-5具有優(yōu)異的電化學(xué)以及光電化學(xué)性能。

本文在不使用其他還原劑的情況下，以不同的PLI時(shí)間修飾了TiO₂@TiC的表面，得到的Pt/TiO₂@TiC/Pt具有優(yōu)異的HER性能。結(jié)果表明，在用Pt納米粒子修飾TiO₂@TiC的情況下，最佳的Pt含量有助于催化劑與氫結(jié)合，有利于TiO₂@TiC更好的吸附水分子。

此外，XPS分析還證實(shí)，催化劑表面存在Ti⁴⁺和Ti³⁺空穴態(tài)，通過水的氧孤對與正電荷Ti離子之間的弱相互作用促進(jìn)了水的吸附。通過電化學(xué)測試結(jié)果獲得的活性位點(diǎn)、質(zhì)量活性和TOF結(jié)果表明，Pt/TiO₂@TiC/Pt-5催化劑具有顯著提高的本征催化活性，因此Pt/TiO₂@TiC/Pt-5在HER在過程中產(chǎn)生了大量的氫氣。總之，TiO₂@TiC核-殼結(jié)構(gòu)與Pt納米粒子之間的協(xié)同作用，使得Pt/TiO₂@TiC/Pt具有了高效的電化學(xué)以及光電化學(xué)HER性能。這項(xiàng)研究為合理設(shè)計(jì)和制備高效納米HER催化劑提供了可靠的策略。

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.