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Advances in MXene-based single-atom catalysts for electrocatalytic applications
Coordination Chemistry Reviews ( IF 20.3 ) Pub Date : 2025-01-21 , DOI: 10.1016/j.ccr.2025.216462
Haitao Wang, Xiaocheng Li, Yikun Deng, Jizhou Jiang, Huijuan Ma, Jing Zou
Coordination Chemistry Reviews ( IF 20.3 ) Pub Date : 2025-01-21 , DOI: 10.1016/j.ccr.2025.216462
Haitao Wang, Xiaocheng Li, Yikun Deng, Jizhou Jiang, Huijuan Ma, Jing Zou
Single-atom catalysts (SACs) possess excellent electrocatalytic activity due to their high atom utilization, unique electronic structure and unsaturated coordination environment. However, the intrinsically high surface free energy of single atoms tends to aggregate into nanoparticles or clusters during the preparation and electrocatalysis of SACs, thus endowing the attenuation of catalytic activity. Transition metal carbides/nitrides (MXene), as a new type of two-dimensional material, is an ideal carrier for fixing single atoms due to its large specific surface area, ample anchoring sites and excellent conductivity. In this review, we first summarize the advantages of MXene as a single atom carrier. Subsequently, the synthesis strategies and identification methods of MXene-based SACs are systematically explicated. Afterwards, we encapsulate the electrocatalytic mechanism of MXene-based SACs from both in situ analysis and theoretical calculations. Moreover, the electrocatalytic applications of MXene-based SACs catalysts are explored extensively, including hydrogen evolution reaction (HER), oxygen evolution reaction (OER), oxygen reduction reaction (ORR), CO2 reduction reaction (CO2 RR) and nitrogen reduction reaction (NRR). Finally, we put forward some forward-looking perspectives and future development directions, aiming to provide professional and targeted guidance for the rational design and precise preparation of highly active MXene-based SACs.
中文翻译:
MXene 基单原子催化剂在电催化中的应用进展
单原子催化剂 (SACs) 由于其高原子利用率、独特的电子结构和不饱和配位环境而具有优异的电催化活性。然而,在 SAC 的制备和电催化过程中,单个原子固有的高表面自由能往往会聚集成纳米颗粒或团簇,从而导致催化活性减弱。过渡金属碳化物/氮化物 (MXene) 作为一种新型的二维材料,由于其比表面积大、锚定位点多、导电性好,是固定单个原子的理想载体。在这篇综述中,我们首先总结了 MXene 作为单原子载体的优势。随后,系统阐述了基于 MXene 的 SACs 的合成策略和鉴定方法。然后,我们从原位分析和理论计算中封装了基于 MXene 的 SAC 的电催化机理。此外,本文还广泛探讨了MXene基SACs催化剂的电催化应用,包括析氢反应(HER)、析氧反应(OER)、氧还原反应(ORR)、CO2还原反应(CO2RR)和氮还原反应(NRR)。最后,我们提出了一些前瞻性的视角和未来的发展方向,旨在为基于MXene的高活性SACs的合理设计和精确制备提供专业和有针对性的指导。
更新日期:2025-01-21
中文翻译:
MXene 基单原子催化剂在电催化中的应用进展
单原子催化剂 (SACs) 由于其高原子利用率、独特的电子结构和不饱和配位环境而具有优异的电催化活性。然而,在 SAC 的制备和电催化过程中,单个原子固有的高表面自由能往往会聚集成纳米颗粒或团簇,从而导致催化活性减弱。过渡金属碳化物/氮化物 (MXene) 作为一种新型的二维材料,由于其比表面积大、锚定位点多、导电性好,是固定单个原子的理想载体。在这篇综述中,我们首先总结了 MXene 作为单原子载体的优势。随后,系统阐述了基于 MXene 的 SACs 的合成策略和鉴定方法。然后,我们从原位分析和理论计算中封装了基于 MXene 的 SAC 的电催化机理。此外,本文还广泛探讨了MXene基SACs催化剂的电催化应用,包括析氢反应(HER)、析氧反应(OER)、氧还原反应(ORR)、CO2还原反应(CO2RR)和氮还原反应(NRR)。最后,我们提出了一些前瞻性的视角和未来的发展方向,旨在为基于MXene的高活性SACs的合理设计和精确制备提供专业和有针对性的指导。