Small Science: MXene上的单原子位点，用于能量转换和存储

雨辰

2021-05-08

MXenes上的单原子位点(SASs‐MXenes)由于其最高的原子利用率、有趣的内在特性、出色的性能和改进的稳定性，在能量存储和转换方面受到了广泛的关注。此外，大的表面积和丰富的锚定位点使MXenes成为通过共价相互作用支持单个原子的理想衬底。

有鉴于此，北京航空航天大学杨树斌教授等人，首先总结了SASs - MXenes的主要合成策略，包括利用阳离子空位捕获单原子、用掺杂剂配位单原子以及从MAX相继承单原子。然后，重点揭示了SASs‐MXenes在调节各种催化反应的动力学和热力学中的关键作用，这些反应包括:析氢反应、氮还原反应、CO₂还原反应、CO₂功能化、多硫化物转化和可充电电池涉及的其他氧化还原反应。最后，讨论了高活性SASs‐MXenes的发展面临的挑战和未来的机遇。

本文要点

1）SASs-MXenes在基础研究和实际应用中都具有重要意义。通过利用缺陷和终止点的优势，比较了将单一原子固定在MXene上的不同合成策略。MXene上单个原子的负载量可能会因不同的制备方法而异，这会影响物理和化学性质。随着先进表征技术和计算模拟在SASs‐MXenes研究中的更多应用，从机理的角度给出了一个深入的解释。主要综述了SASs‐MXenes在改善各种电化学反应动力学方面的关键作用。

2）虽然SASs‐MXenes的发展已经取得了很大的进展，但要在MXenes上可控、可扩展地合成高负载、均匀分散的单原子，以满足实际应用的高要求，仍然是一个挑战。例如，高温处理不仅会引起单原子的聚集，而且会导致MXene纳米片的堆积，从而大大减少了活性位点的数量。另外，在苛刻条件下刻蚀MAX相时所形成的随机分布的阳离子空穴可能导致单原子被困在这些空穴上的不均匀分布。在合成过程中，还需要考虑MXenes较差的氧化稳定性。

参考文献：

Yanglansen Cui et al. Single‐Atom Sites on MXenes for Energy Conversion and Storage. Small Science, 2021.

DOI: 10.1002/smsc.202100017

https://doi.org/10.1002/smsc.202100017