二维MXene具有高电导率，表面含有亚稳的钛原子和惰性官能团，极大地限制了其在与表面相关的电催化反应中的应用。

近日，北京师范大学孙根班教授，李会峰副教授通过理论与实验相结合，设计并构建了一种N-TiO₂/Ti₃C₂T_x结构。得益于优化的电化学活性中心的电子结构，高度暴露的吸附过剩中间体/Li₂O₂的活性中心，以及快速的电子转移，N-TiO₂/Ti₃C₂T_x异质结表现出优异的性能。

文章要点

1）复合材料的高电子传导性继承了吸附后Li₂O₂分子的优点，并呈现快速放电产物生长位置。更重要的是，由于较低的促进ORR和OER动力学的过电位，N掺杂的结构调整有效地调节了中间体/Li₂O₂的吸附能，有利于中间体/Li₂O₂的生长和分解。

2）研究人员采用原位差示电化学质谱(DEM)、非原位SEM和非原位拉曼光谱对反应机理进行了研究，N-TiO₂/Ti₃C₂T_x异质结电极具有优异的稳定性和较少的副反应，同时具有较高的ORR和OER性能。

3）进一步，将该电催化剂用于Li−O₂电池，实验结果与理论研究完全一致，其比容量高达15298 mAh g⁻¹，在500 mA g⁻¹下可循环200次以上，过电位迅速降低。

研究结果为设计和制备高活性的Li−O2电池电催化剂提供了一个很有前途的途径。

参考文献

Xingzi Zheng, et al, Theoretical Design and Structural Modulation of a Surface-Functionalized Ti₃C₂T_xM Xene-Based Heterojunction Electrocatalyst for a Li−Oxygen Battery, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.1c10890

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10890