齐齐哈尔大学郭东轩&黄淮学院褚大卫&中科院宁波材料所梁坤Carbon Energy：界面工程协同Te掺杂增强电催化全水解

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论文信息

研究背景

鉴于对化石燃料的无限制利用引发的能源危机的担忧不断升级，氢气正在成为一种极具吸引力和环保的能源，具有大能量密度和零污染的性质。电催化全解水（OWS），包括阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER），被誉为可再生氢发电的可持续和高效的解决方案。尽管有这些前景广阔，但由于繁琐的过电位和缓慢的动力学，HER和OER仍然面临巨大的挑战。鉴于铂基和金属的昂贵性质和有限的可用性，使用具有成本效益和易得性元素的电催化剂开发电催化剂至关重要。

成果介绍

齐齐哈尔大学郭东轩&黄淮学院褚大卫&中科院宁波材料所梁坤等人在Carbon Energy期刊发表了题为“Interface and doping engineering of V₂C-MXene-based electrocatalysts for enhanced electrocatalysis overall water splitting”的论文。层状V₂C因其在电催化领域的卓越性能而被选作主要材料。具体而言，利用温和的H₂O₂氧化和微蚀刻效应将V₂C部分转化为V₂O₃纳米颗粒。随后，通过简单的退火过程将碲元素引入V₂C晶格中。此外，还系统研究了异质界面和碲掺杂比例对电催化性能的影响。该电催化剂在-10 mA cm^-2和10 mA cm^-2电流密度下展示了83.5和279.8 mV的低过电位。此外，在10 mA cm^-2电流密度下全解水装置中表现出1.41 V的低电池电压。

研究亮点

（I）利用MXene固有的易氧化特性，原位构建了V₂C和V₂O₃之间的异质界面，促进了快速电子转移动力学。（II）碲元素掺杂诱导电子云密度变化引起的局域电场重排。

总体而言，该工作通过巧妙地结合界面工程和杂原子掺杂的协同耦合效应将MXene的固有缺点可以转化为优势，为构建具有优越电催化活性和理想反应动力学的高效电催化剂提供了一条有效的途径。

图文解析

研究小结

综上所述，采用一种新型的自生异质界面结合Te掺杂调制策略构建了多孔Te-V₂C/V₂O₃ (4：3)。该工作通过“变废为宝”策略合理利用了V₂C的可氧化性，成功地解决了自生界面和微蚀刻效应的再堆叠问题。此外，V₂C/V₂O₃晶格中的Te由于相对较大的原子半径和电负性引起的电子云密度变化导致局部电场重排。

期刊简介

Carbon Energy（《碳能源（英文）》）由温州大学和Wiley携手创办，聚焦清洁能源、光电催化、新型碳制造、碳减排等领域，旨在成为国内外优秀科研成果展示的高端平台、国家重大科研战略的助推器和广大科研工作者喜爱阅读的科研工具，立志成为未来“碳时代”高影响力的学术旗舰期刊。

Carbon Energy 2019年创刊，同年入选中国科技期刊卓越行动计划“高起点新刊”，连续两年获“中国最具国际影响力学术期刊”称号，连续三年入选科技期刊世界影响力指数（WJCI）报告，2022和2023年入选中科院材料科学一区TOP 期刊，相继被DOAJ、CAS、ESCI、Scopus、SCIE、INSPEC、CSCD等收录，2023年获得第二个影响因子20.5。

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