氮硫共掺杂MXene量子点——一种卓越的HER电催化剂

研究人员针对二维MXene材料在析氢反应(HER)中活性位点不足的问题，通过水热法成功制备了氮硫共掺杂MXene量子点(N, S-MQD)。该材料在10 mA/cm2电流密度下仅需116 mV过电位，性能超越现有量子点电催化剂，为清洁能源开发提供了新思路。

　　

在全球能源转型背景下，氢能因其零碳排放特性成为最具潜力的清洁能源。然而，当前主流的铂基析氢反应(HER)催化剂受限于高昂成本，难以大规模应用。二维过渡金属碳氮化物(MXene)虽具有优异的导电性和化学稳定性，但其基面活性位点稀缺的问题严重制约了催化性能。

印度科学教育与研究学院的研究人员创新性地将二维Ti₃C₂T_x MXene转化为零维量子点，并通过氮(N)、硫(S)共掺杂策略，成功开发出高性能HER电催化剂。这项发表在《Surfaces and Interfaces》的研究表明，N,S-MQD在酸性介质中仅需116 mV过电位即可达到10 mA/cm²的工业基准电流密度，且能稳定工作50小时，性能远超未掺杂量子点(223 mV)。

研究采用水热法合成量子点，通过FTIR(傅里叶变换红外光谱)、TEM(透射电子显微镜)、XPS(X射线光电子能谱)和Zeta电位分析进行表征。电化学测试采用标准三电极体系，在0.5 M H₂SO₄中评估HER性能。

【XRD分析】显示MAX相经HF蚀刻后转化为MXene时出现非晶化特征，而量子点化使(002)晶面间距从0.98 nm扩大至1.12 nm，暴露出更多边缘活性位点。

【电化学测试】证实N,S共掺杂使Tafel斜率降至98 mV/dec，表明Volmer-Heyrovsky机制占主导。电子结构分析揭示杂原子引入改变了Ti₃C₂的电荷分布，优化了氢吸附自由能(ΔG_H*)。

这项研究通过维度工程与杂原子掺杂的协同效应，将MXene量子点的催化活性推向新高度。不仅为MXene家族材料的性能优化提供了范式，更开辟了量子点电催化剂在能源转换领域的新应用前景。正如作者Shyamal K. Saha团队强调的，该方法可拓展至各类MXene组成，具有重要的工业化潜力。