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Nb2CTx-MXene负载氮化硼量子点(BNQDs@Nb2CTx)的介绍
发布时间:2021-09-15     作者:axc   分享到:

Nb2CTx-MXene负载氮化硼量子点(BNQDs@Nb2CTx)的介绍

本文详细介绍了Nb2CTx-MXene负载BN量子点(BNQDs@Nb2CTx)的合成及其电催化NRR性能,并通过原理计算研究了BNQDs@Nb2CTx的NRR催化机理。

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图1. BNQDS@Nb2CTx的合成过程示意图

BNQDs可以和Nb2CTx自组装形成BNQDs@Nb2CTx异质结构,BNQDs@Nb2CTx表现出NRR性能,主要来自于二者多方面的协同作用:1)BNQDs@Nb2CTx界面电子强耦合增强了整体的导电性,有利于NRR过程的电子传输;2)Nb2CTx限制了BNQDs聚集,而BNQDs作为间隔物阻止了Nb2CTX纳米片的堆积,大化暴露了活性位点;3)BNQDs具有HER惰性特点,可限制Nb2CTx表面的析氢反应,从而提升了NRR选择性;4)BNQDs表面具有丰富的N2吸附位点,有利于N2的吸附。

DFT计算进一步表明:BNQDs和N2CTx的协同作用能够创建高活性界面-B位点,界面-B位点作为主要的活性中心,具有很强的π-电子反馈能力来促进N2的活化。NRR过程中,而Nb2CTx表面的O位点倾向于吸附H。然后在施加电压的情况下,界面-B位点吸附的N2可与Nb2CTx表面O位点提供的H结合进行连续加氢反应,从而促进了NRR过程的持续进行。

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图2. a) BNQDs的TEM图像(插图:BNQDs尺寸分布)。b) 纯N2CTx纳米片的TEM图像。c) BNQDs@Nb2CTx的TEM图像。d) 纯Nb2CTx 纳米片的HRTEM图像。e) BNQDs@Nb2CTx的HRTEM图像和 f) 相应的彩色图像。g) BNQDs@Nb2CTx的高倍HRTEM图像(插图:黄色圆圈区域的快速傅立叶变换 (FFT) 图像)。h) BNQDs@Nb2CTx的STEM和相应的元素映射图像。


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图3. a)BNQDs和BNQDs@Nb2CTx的XRD图谱。b-f) BNQDs@Nb2CTx的XPS光谱:B1s (b);N1s (c); Nb3d (d); C1s (e); O1s (f)。g) BNQD 和 h) Nb2CTx的平均电位分布。i) BNQDs 和 Nb2CTx 之间的电子转移示意图。j) BNQDs@Nb2CTx的电子定位函数图像。k) BNQDs和BNQDs@Nb2CTx的 PDOS。


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图4. a) BNQDs@Nb2CTx在各种溶液中的LSV曲线。b,c) 获得的NH3产率和FE(三个测量值)。d) BNQDs、Nb2CTx和BNQDs@Nb2CTx在相同条件下在-0.4 V的NRR电解2小时后的NH3产率。e) 1H NMR测量。f) Ar/N2交替循环试验。g) 循环测试。h) 长期计时电流法测试。i) 在-0.4 V下初始和后NRR电解(24小时后)的NH3产率。

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图5. a) Top-B位点上N2吸附的优化结构。b) 界面B位点上N2吸附的优化结构,以及c) 相应的电荷差异。d) 在top-B 和interface-B 位点上*N2的PDOS。e) 在零和-0.71 V的应用能量下界面-B位点上反应途径的自由能分布。f) BNQDs@Nb2CTx的NRR过程机理图。

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