Cu-Ni双金属纳米簇催化剂驱动安培级电流密度直接海水电解：迈向可持续能源的量子飞跃

本文报道了一种基于Ti3C2Tx MXene锚定的Cu-Ni双金属纳米簇催化剂（PVP辅助合成），在海水电解中实现29 mV（HER）和250 mV（OER）超低过电位，1.5 A cm?2@2.4 V工业级电流密度，并通过原位拉曼和DFT计算揭示了抗氯腐蚀机制，为可持续氢能生产提供突破性解决方案。

　　

Highlight

我们首次提出通过聚乙烯吡咯烷酮（PVP）辅助合成法，将Cu-Ni双金属纳米簇锚定在Ti₃C₂T_x MXene上的创新策略。这种表面工程化设计利用MXene的末端官能团（T_x = F, OH, O）增强金属-载体相互作用，优化中间体吸附并阻隔氯离子，在碱性海水中实现100小时@100 mA cm^?2的稳定运行。

Results and discussion

通过化学还原-退火两步法合成的Cu-Ni(OOH)/Ti₃C₂T_x催化剂（图1a），其独特的"纳米簇-MXene"界面产生电子离域效应，使HER/OER在海水中的过电位分别低至49 mV和290 mV（10 mA cm^?2）。AEM电解槽测试显示，该催化剂在60°C下可驱动1.5 A cm^?2的工业级电流，产氢速率达1.42 mL/min。

Chemicals and reagents

实验采用高纯度试剂：氯化铜（CuCl₂, 98.2%）、氯化镍（NiCl₂, 99.5%）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP, 99%）等，所有溶液均使用三次蒸馏水配制。

Synthesis of MXene (Ti₃C₂T_x)

将Ti₃AlC₂粉末置于20 wt%氢氟酸中蚀刻24小时，经洗涤干燥后获得层状Ti₃C₂T_x，其丰富的表面官能团为金属纳米簇锚定提供理想位点。

Conclusions

该工作通过精准调控Cu-Ni纳米簇与MXene的电子耦合作用，不仅破解了海水电解中氯腐蚀难题，更实现了媲美贵金属催化剂的性能，为可再生能源制氢提供了可规模化生产的解决方案。