通过电泳功能化方法制备氧封端的Ti3C2Tx MXene纳米材料，用于电化学还原硝酸盐生成氨

《Nanoscale》：Oxygen-terminated Ti3C2Tx MXene via electrophoretic functionalization for electrochemical nitrate reduction to ammonia

氧功能化MXene通过电泳法调控表面官能团，显著提升电化学硝酸盐还原生成氨的选择性和效率，实验证实氧取代氟有效改善催化性能。

　　

电化学硝酸盐还原反应（eNO?RR）是一种高效生产氨（NH?）的有前景的方法，氨是一种无碳燃料和氢载体。然而，由于质子化步骤（NH? → NH?）较慢（这一步骤通常被认为是反应速率的决定步骤），eNO?RR的NH?选择性较低，同时该步骤还与氮气（N?）的生成存在竞争。Ti?C?Tx MXene（MX）因其出色的NO??吸附能力、高导电性和大表面积而成为eNO?RR的潜在电催化剂。尽管具有这些优势，但在实际应用中MX的催化活性仍然较低，主要原因是其末端基团（H、O、OH、F和Cl）的分布不均匀，这显著影响了NO??的初始活化及随后的质子化过程。为克服这一限制，我们通过控制电泳过程并优化时间，用氧基团替换了MX中的惰性氟基团，制备了氧终止型的Ti?C?Tx MXene（o-MX）。XPS、拉曼光谱和FT-IR分析证实了末端基团的成功替换，结果显示氧终止结构的MX并未发生结构降解，且其催化活性显著提高。在-0.85 V（RHE）下，o-MX的最大法拉第效率达到了92.8%，NH?产率为3.278 mg h?1 cm?2。本研究展示了功能化MX作为活性电催化剂的潜力，并表明表面工程化方法可广泛应用于其他电催化反应，而不仅限于eNO?RR。