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       析氯反應(yīng)（CER）是氯堿電解生產(chǎn)氯氣和活性氯的關(guān)鍵步驟。目前，制造能夠在最小過電勢下產(chǎn)生高電流密度的電極仍然是推進(jìn)氯析出反應(yīng)領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)。在這里，我們通過 MXene 表面官能團(tuán)與金屬之間良好的親和力和誘導(dǎo)沉積效應(yīng)，在 MXene@碳布（CC）上生長 TiO₂ 和 RuO₂。構(gòu)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(qiáng)結(jié)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(diào)節(jié)異質(zhì)界面的電子重新分布來降低RuO₂的電子密度，從而增強(qiáng)Cl−的吸附。RuTiO₂ /MXene@CC可以在220 mV的小過電勢下實現(xiàn)1000 mA·cm⁻²的高電流密度，優(yōu)于商業(yè)尺寸穩(wěn)定陽極（DSA）。這項研究為在高電流密度下構(gòu)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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(guān)研究由青島科技大學(xué)Bin Li 和 Lei Wang課題組于2024年聯(lián)合在線發(fā)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(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號