MXene基纳米材料在氧还原电催化中的应用

摘要

氧气还原反应(ORR)是燃料电池和金属-空气电池中的一个关键过程,反应动力学缓慢是制约其发展的瓶颈.MXene基纳米材料(包括MXenes复合材料)作为一种新型的二维层状材料,具有丰富的组成、高比表面积和化学稳定性、可调电子状态、大量暴露的活性位点等独特的结构特点,被认为是当前最有前途的一类ORR电催化剂或载体.开发高性能MXene基ORR催化剂为加速燃料电池和金属-空气电池阴极的缓慢ORR提供了新的途径.本文通过对近期相关文献进行分类总结,综述了MXene基ORR催化剂的设计原则,着重介绍了MXenes和MXenes复合材料在合成策略,组分、形态、结构与其电催化性能之间的构效关系,以及材料电催化反应机理等方面的最新研究进展.综合分析表明,通过构建MXene/过渡金属氧化物、MXene/过渡金属硫族化物、MXene/过渡金属氮化物、MXene/碳基材料、MXene/金属等MXenes复合材料,有望获得高活性、高稳定性的MXene基ORR催化剂.最后,本文提出该类催化剂目前在实际应用中面临的挑战,并指出MXene基纳米材料在电催化ORR方面的未来发展趋势.