Vacancy‐Rich MXene‐Immobilized Ni Single Atoms as a High‐Performance Electrocatalyst for the Hydrazine Oxidation Reaction

电催化剂 材料科学 催化作用 空位缺陷 密度泛函理论 电化学 吸附 可逆氢电极 纳米技术 化学工程 结晶学 电极 物理化学 计算化学 化学 工作电极 有机化学 工程类
作者
Shiqi Zhou,Yunxuan Zhao,Run Shi,Yucheng Wang,Anumol Ashok,Frédéric Héraly,Tierui Zhang,Jiayin Yuan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (36) 被引量:117
标识
DOI:10.1002/adma.202204388
摘要

Single-atom catalysts (SACs), on account of their outstanding catalytic potential, are currently emerging as high-performance materials in the field of heterogeneous catalysis. Constructing a strong interaction between the single atom and its supporting matrix plays a pivotal role. Herein, Ti3 C2 Tx -MXene-supported Ni SACs are reported by using a self-reduction strategy via the assistance of rich Ti vacancies on the Ti3 C2 Tx MXene surface, which act as the trap and anchor sites for individual Ni atoms. The constructed Ni SACs supported by the Ti3 C2 Tx MXene (Ni SACs/Ti3 C2 Tx ) show an ultralow onset potential of -0.03 V (vs reversible hydrogen electrode (RHE)) and an exceptional operational stability toward the hydrazine oxidation reaction (HzOR). Density functional theory calculations suggest a strong coupling of the Ni single atoms and their surrounding C atoms, which optimizes the electronic density of states, increasing the adsorption energy and decreasing the reaction activation energy, thus boosting the electrochemical activity. The results presented here will encourage a wider pursuit of 2D-materials-supported SACs designed by a vacancy-trapping strategy.
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