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青島科技大學(xué)Bin Li 和 Lei Wang課題組--碳布上多異質(zhì)結(jié)涂層的RuO2 /TiO2 /MXene用于大電流密度下的高活性析氯反應(yīng)
       析氯反應(yīng)(CER)是氯堿電解生產(chǎn)氯氣和活性氯的關(guān)鍵步驟。目前,制造能夠在最小過電勢下產(chǎn)生高電流密度的電極仍然是推進(jìn)氯析出反應(yīng)領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)。在這里,我們通過 MXene 表面官能團(tuán)與金屬之間良好的親和力和誘導(dǎo)沉積效應(yīng),在 MXene@碳布(CC)上生長 TiO2 和 RuO2。構(gòu)建了一種自支撐電極(RuTiO2 /MXene@CC),在電催化劑-載體界面處具有強(qiáng)結(jié)合力,在電催化劑-氣泡界面處具有弱粘附力。 RuTiO2 /MXene@CC可以通過調(diào)節(jié)異質(zhì)界面的電子重新分布來降低RuO2的電子密度,從而增強(qiáng)Cl−的吸附。RuTiO2 /MXene@CC可以在220 mV的小過電勢下實現(xiàn)1000 mA·cm−2的高電流密度,優(yōu)于商業(yè)尺寸穩(wěn)定陽極(DSA)。這項研究為在高電流密度下構(gòu)建高效 CER 催化劑提供了一種新策略。

 
Fig 1. RuTiO2 /MXene@CC 的合成示意圖。

 
Fig 2. (a) MXene@CC 的 SEM 圖像。 (b) 和 (c) SEM 圖像,(d) TEM 圖像,(e)–(g) HRTEM 圖像,(h) SAED 圖案,以及 (i) RuTiO2 /MXene@CC 的元素映射。

 
Fig 3. (a) RuTiO2 /MXene@CC、RuO2 /CC 和 MXene@CC 的 XRD 圖譜。 (b) RuTiO2 /MXene@CC 和 MXene@CC 的拉曼光譜,范圍為 100 至 2000 cm−1。 (c) RuTiO2 /MXene@CC 的 O 1s、(d) RuTiO2 /MXene@CC 和 RuO2 /CC 的 Ru 3p 和 Ti 2p、(e) TiO2 /MXene@CC 的 Ti 2p 和(f) RuTiO2 /MXene@CC 和 RuO2 /CC 的 Ru 3d。

 
Fig 4. (a) RuTiO2 /MXene@CC、RuO2、MXene@CC 和 DSA 在 4 M NaCl (pH = 2) 下的 LSV 曲線。 (b) RuTiO2 /MXene@CC、RuO2 和 DSA 在 100、500 和 1000 mA·cm−2 不同電流密度下的交叉點比較。 (c) RuTiO2 /MXene@CC、RuO2 /CC 和 DSA 中 CER 的相應(yīng)塔菲爾圖。 (d)不同催化劑的EIS奈奎斯特圖。 (e) RuTiO2 /MXene@CC、RuO2 和 DSA 在 4.0 M NaCl 中的 Cdl。 (f) 通過 CER 中 RuTiO2 /MXene@CC、RuO2 /CC 和 DSA 的 ECSA 歸一化的極化曲線。 (g) RuTiO2 /MXene@CC、RuO2 /CC、MXene@CC 和 DSA 催化劑在 4 M NaCl (pH = 2) 電解質(zhì)中的 CER 選擇性通過碘滴定法測定。 (h) RuTiO2 /MXene@CC 電極在電流密度為 10 mA·cm−2 時的計時電流 (i–t) 曲線。

 
Fig 5. MXene@CC、RuO2 /CC、RuTiO2 /MXene@CC 和 DSA 的(a)接觸角測量照片,(b)電解質(zhì)接觸角,(c)氯接觸角。

 
Fig 6. (a) RuTiO2 /MXene@CC 在不同 [Cl] 下的 LSV 曲線。 (b) RuTiO2 /MXene@CC 的 log j 與 log[Cl] 圖。
 
      相關(guān)研究由青島科技大學(xué)Bin Li 和 Lei Wang課題組于2024年聯(lián)合在線發(fā)表在《Nano Research》期刊上,RuO2/TiO2/MXene with multi-heterojunctions coating on carbon cloth for high-activity chlorine evolution reaction at large current densities, 原文鏈接:https://doi.org/10.1007/s12274-024-6419-6

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號


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