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       电化学能源技术包含电池，燃料电池，超级电容器，电解水制氢和二氧化碳电还原等，这些是目前认为较清洁，有效，可靠且有实际应用的能源储存与转换装置。其中，利用清洁/可持续能源电解水制氢可能是未来最有前景的能源技术，因为氢气是一种高能量密度，环境友好，零污染的理想能源。而电解水的阴极析氢反应动力学缓慢，需要较大的过电位，因此使得电解水效率低下。MXene材料是一类二维过渡金属碳化物，氮化物或碳氮化物，其有着优异的导电性，二维片层形貌，表面富含丰富的官能团且亲水性好，这使得其于电催化析氢有着潜在的应用价值。

       近日，上海大学赵宏滨教授和叶代新副研究员等研究者总结了MXene基电催化析氢催化剂中的发展和应用。对就基于电催化析氢MXene基催化剂材料的合成、化学/物理表征以及性能测试/优化等相关研究进行了综述，同时对面临的主要技术挑战和发展前景进行了分析和展望。

       作者于文中较为全面地总结了MXene材料的制备方法；介绍了MXene的电子和结构性质。系统地总结了MXene基电催化材料的一般复合方法。他们从不同角度对MXene基电催化析氢催化剂的性能进行介绍，并阐述了其结构和形貌对其性能的影响；分析了目前影响MXene基催化剂实际应用的若干技术难题，并提出了克服这些难题的研究策略。

目前MXene基电催化析氢催化剂材料具有以下挑战：

1）许多MXene在理论上被预测具有良好的稳定性，而相应的前驱体尚未被发现或制备。于此，有必要扩大MXene前驱体（MAX相）的研究。此外，现有的稳定MXene均为前期过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物，而由中晚期过渡金属组成的MXene还未被合成和探索。因此，有望扩大其在电催化方面的应用。而且，大多数MXene的合成方法都局限于使用含氟的酸性刻蚀剂，因此很难获得均匀端基或无端基的MXene。再者，MXenes的大规模生产应该得到更多的关注，因为其大规模生产是其广泛应用于电化学电解水制氢的必要条件。

2）MXene表现出的本征电催化析氢活性较差。因此，可以通过调整结构、控制表面官能团、产生空隙、相变和掺杂杂原子等来优化其电子结构和表面性能，从而获得高选择性、活性和耐久性的电催化析氢催化剂。

3）为从根本上认识MXene基析氢电催化剂的功能机理，进一步设计新材料，优化其性能，需重视理论计算和原位仪器表征等验证实验，来制备实用的电催化析氢催化材料。

MXene基催化剂未来可能的研究方向：

1）MXene的氧化阻碍了其广泛应用，因此在MXene表面覆盖抗氧化层或寻找减缓氧化的方法是进一步扩大其应用的有效途径。

2）大规模生产MXene的高效方法值得被进一步探究。

3）MXene的三维结构可以为活性材料于其表面或孔隙中提供理想的锚定位点。因此，三维结构的MXene可能成为析氢电催化剂的基地材料。

4）MXene的官能团对其催化性能的影响有必要被进一步的探究。

文献来源

Kang, Z.; Muhammad Arif, K.; Gong, Y.; Rida, J.; Xu, Y.; Ye, D.; Zhao, H.; Zhang, J., Recent progress of MXenes and MXene-based nanomaterials for the electrocatalytic hydrogen evolution reaction. Journal of Materials Chemistry A 2021, 9, 6089-6108.

https://doi.org/10.1039/D0TA11735H