開發(fā)高效、穩(wěn)健的析氫/析氧（HER/OER）電催化劑是實(shí)現(xiàn)綠色氫氣大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。

基于此，重慶大學(xué)黨杰教授等人報(bào)道了利用協(xié)同界面優(yōu)化指導(dǎo)策略制備了金屬-有機(jī)框架（MOF）衍生異質(zhì)結(jié)電催化劑（MXene@RuCo NPs）。

在堿性介質(zhì)中，MXene@RuCo NPs的HER/OER的過(guò)電位分別為20 mV和253 mV，可以提供10 mA/cm²的電流密度，并在高電流密度下也表現(xiàn)出良好的性能。

通過(guò)DFT計(jì)算，作者研究了兩種不同MXene類型的總能量和態(tài)密度。對(duì)比Ti₃C₂T_x，雙金屬Ti₂VC₂T_x具有更低的總能量和更高的費(fèi)米能態(tài)密度，其穩(wěn)定性和導(dǎo)電性更好，電子傳遞速率更快。

Co NPs的正極為ΔG_H*（0.605 eV），表明Co位點(diǎn)對(duì)氫質(zhì)子的吸附能力較弱，過(guò)程緩慢。但RuCo NPs在Co位點(diǎn)表現(xiàn)出顯著的ΔG_H*（0.490 eV）降低，而在Ru位點(diǎn)表現(xiàn)出更為負(fù)的ΔG_H*（-0.418 eV）。

結(jié)果表明，Ru的引入可以加速H*在RuCo NPs上的吸附/解吸過(guò)程，表明Co和Ru原子之間具有較大的協(xié)同作用。

在耦合MXene后，作者構(gòu)建了非均相界面表現(xiàn)出較強(qiáng)的界面相互作用，MXene表面帶負(fù)電荷的官能團(tuán)可以不斷地向RuCo界面提供電子，從而優(yōu)化了活性位點(diǎn)上H*的吸附。其中，Co位點(diǎn)達(dá)到了最吸引人的ΔG_H*，為-0.332 eV，而Ru位點(diǎn)與RuCo NPs相比表現(xiàn)出穩(wěn)定的ΔG_H*，為-0.430 eV，表明H*優(yōu)先穩(wěn)定在Co位點(diǎn)。

RuCo NPs的限速步驟轉(zhuǎn)變?yōu)镺OH*中間體形成的步驟，其能壘較低，分別為2.37 eV（Co位點(diǎn)）和2.15 eV（Ru位點(diǎn)），表明理論過(guò)電位降低。在耦合MXene后，MXene@RuCo NPs中Co位點(diǎn)限速步的能壘進(jìn)一步降低至2.19 eV，低于RuCo NPs。

Collaborative Interface Optimization Strategy Guided Ultrafine RuCo and MXene Heterostructure Electrocatalysts for Efficient Overall Water Splitting. ACS Nano, 2023, DOI: 10.1021/acsnano.3c02956.