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青島科技大學Bin Li 和 Lei Wang課題組--碳布上多異質結涂層的RuO2 /TiO2 /MXene用于大電流密度下的高活性析氯反應

析氯反應（CER）是氯堿電解生產氯氣和活性氯的關鍵步驟。目前，制造能夠在最小過電勢下產生高電流密度的電極仍然是推進氯析出反應領域的核心挑戰。在這里，我們通過 MXene 表面官能團與金屬之間良好的親和力和誘導沉積效應，在 MXene@碳布（CC）上生長 TiO₂ 和 RuO₂。構建了一種自支撐電極（RuTiO₂ /MXene@CC），在電催化劑-載體界面處具有強結合力，在電催化劑-氣泡界面處具有弱粘附力。 RuTiO₂ /MXene@CC可以通過調節異質界面的電子重新分布來降低RuO₂的電子密度，從而增強Cl−的吸附。RuTiO₂ /MXene@CC可以在220 mV的小過電勢下實現1000 mA·cm⁻²的高電流密度，優于商業尺寸穩定陽極（DSA）。這項研究為在高電流密度下構建高效 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。

相關研究由青島科技大學Bin Li 和 Lei Wang課題組于2024年聯合在線發表在《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

轉自《石墨烯研究》公眾號



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