Interfacial Design of Ti3C2Tx MXene/Graphene Heterostructures Boosted Ru Nanoclusters with High Activity Toward Hydrogen Evolution Reaction

纳米团簇 异质结 材料科学 石墨烯 纳米技术 光电子学
作者
Xu Yu,Yong Li,Chengang Pei,Yanhui Lu,Jung Kyu Kim,Ho Seok Park,Huan Pang
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
标识
DOI:10.1002/advs.202310013
摘要

Abstract The development of a cost‐competitive and efficient electrocatalyst is both attractive and challenging for hydrogen production by hydrogen evolution reaction (HER). Herein, a facile glycol reduction method to construct Ru nanoclusters coupled with hierarchical exfoliated‐MXene/reduced graphene oxide architectures (Ru‐E‐MXene/rGA) is reported. The hierarchical structure, formed by the self‐assembly of graphene oxides, can effectively prohibit the self‐stacking of MXene nanosheets. Meanwhile, the formation of the MXene/rGA interface can strongly trap the Ru 3+ ions, resulting in the uniform distribution of Ru nanoclusters within Ru‐E‐MXene/rGA. The boosted catalytic activity and underlying catalytic mechanism during the HER process are proved by density functional theory. Ru‐E‐MXene/rGA exhibits overpotentials of 42 and 62 mV at 10 mA cm −2 in alkaline and acidic electrolytes, respectively. The small Tafel slope and charge transfer resistance ( R ct ) values elucidate its fast dynamic behavior. The cyclic voltammetry (CV) curves and chronoamperometry test confirm the high stability of Ru‐E‐MXene/rGA. These results demonstrate that coupling Ru nanoclusters with the MXene/rGA heterostructure represents an efficient strategy for constructing MXene‐based catalysts with enhanced HER activity.
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