A General Strategy toward Metal Sulfide Nanoparticles Confined in a Sulfur‐Doped Ti3C2Tx MXene 3D Porous Aerogel for Efficient Ambient N2 Electroreduction

气凝胶 材料科学 硫化 催化作用 MXenes公司 法拉第效率 化学工程 硫化物 纳米颗粒 电化学 无机化学 纳米技术 硫黄 介孔材料 电极 化学 有机化学 物理化学 冶金 工程类
作者
Qinglin Li,Tao Song,Zhaozhan Wang,Xiaoxue Wang,Xin Zhou,Qi Wang,Yong Yang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:17 (45) 被引量:43
标识
DOI:10.1002/smll.202103305
摘要

Abstract Three‐dimensional (3D) porous MXene‐based aerogel architectures have attracted great interest for many applications, despite limits in renewable energy conversion owing to the lack of multifunctionality in their components. Herein, a simple and general strategy for constructing a novel functional 3D MXene‐based composite heterojunction aerogel (MS@S‐MAs) is presented via divalent metal‐ion assembly and subsequent thermal sulfidation, and its application in electrochemical nitrogen reduction reaction (NRR) is studied. The as‐prepared MS@S‐MAs comprises metal sulfide nanoparticles uniformly confined in 3D interconnected conductive S‐doped MXene sheets with intimate interfacial interaction. Benefiting from the unique properties and an interfacial interaction, MS@S‐MAs exhibit significantly improved NRR catalytic performance and excellent stability because of the higher exposure of electrochemically active sites coupled with easier accessibility, faster mass diffusion, and quicker carrier transport at the interface. Remarkably, CoS@S‐MAs show an NH 3 yield rate and a Faradaic efficiency of 12.4 µg h −1 mg −1 cat and 27.05% at the lower potential of −0.15 V versus a reversible hydrogen electrode in 0.1 m Na 2 SO 4 solution under ambient conditions, which rivals or exceeds most of the previously reported MXene‐based and Co‐based catalysts. This work will open avenues to construct 3D MXene‐based materials with rich functionalities for energy storage and conversion, catalysis, and other applications.
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