Transition Metal Ions Synergistic Bilayer H2O Pillared MXene Directing In Situ Ordered Embedding Growth of Highly Efficient NiFe Alloy Catalysts

材料科学 双层 过渡金属 原位 合金 催化作用 离子 纳米技术 化学工程 无机化学 冶金 有机化学 化学 工程类 生物 遗传学
作者
Zhongjie Qiu,Jiayan Wu,Baolin Zhang,Huiyu Song,Zhiming Cui,Zhenxing Liang,Li Du
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (46) 被引量:26
标识
DOI:10.1002/adfm.202408303
摘要

Abstract Efficient, stable, and inexpensive electrocatalysts are essential to overcome the high overpotential and slow kinetics of the oxygen evolution reaction (OER) process during water electrolysis applications. 2D transition metal carbides (MXene) show great potential in functional heterogeneous interface engineering for electrocatalytic OER. However, it is still a challenge to regulate the interlayer space and realize the heterogeneous layer‐by‐layer ordered embedding for MXene. Herein, a simple hydrothermal‐assisted strategy is proposed to prepare highly conductive Ti 3 C 2 T x MXene supported by synergized Ni 2+ , Co 2+ , and Fe 3+ with bilayer H 2 O, which significantly enlarges the interlayer distances and improves the interlayer ion concentrations. Benefiting from modulated interface chemistry, embedded metal ions undergo multi‐directional in situ growth on the MXene substrate, thereby forming a stable 0D/2D@2D nano‐hybrid material (NiFe/MX‐HT). Combining density functional theory calculations with experiments demonstrates that MXene offers a framework for electron transfer, enhances the exposure of active sites, modulates the electronic structure, and greatly reduces the energy barrier of the rate‐determining step in the process of OER. Thus, NiFe/MX‐HT requires only 230 mV to achieve 10 mA cm −2 and maintains stability even after operating at 100 mA cm −2 for 150 h. This work offers new insights into exploring various functional MXene‐based heterogeneous materials.
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