近些年来，二维过渡金属碳化物/氮化物/碳氮化物（MXenes）由于其独特的层状结构、优异的化学稳定性、良好的导电性和较大的活性表面积，被认为是一种非常有潜力的电催化剂。为了进一步提高MXenes电催化剂的性能，研究人员提出了不同的改性策略如表面终端工程、异质界面工程、复合工程和缺陷工程等。其中，缺陷工程是利用本征缺陷或杂原子掺杂来干扰甚至打破MXenes纳米结构的原始分布，改善其化学和电学性能，已成为提高MXenes电催化性能的强有力的手段之一。
近日，西安交通大学阙文修教授与澳大利亚昆士兰大学Yusuke Yamauchi教授合作在《先进能源材料》(Advanced Energy Materials, IF=29.368)上发表题为《MXene纳米结构：缺陷工程的二维MXenes用于增强电化学水分解能力》(MXene Nanoarchitectonics: Defect-Engineered 2D MXenes towards Enhanced Electrochemical Water Splitting)的综述文章。
该综述中作者首先简要介绍了电催化水分解反应的阴极氢气析出反应（HER）和阳极氧气析出反应（OER）在不同电解质中的反应过程和路径。其次，基于目前已报道的文献，系统总结了用于电催化HER、OER和水分解的MXenes的缺陷工程中所涉及的本征缺陷（原子空位和活性边缘）和杂原子掺杂（金属和非金属原子掺杂）改性方式，如图所示。重点阐述了MXenes中各种缺陷如何调控电子结构，改善表面/界面性质，优化中间体的吸附能，从而提高电催化HER和/或OER反应活性。最后，讨论了现阶段有关缺陷MXenes电催化剂研究中的挑战和未来前景。该综述为通过引入缺陷获得高效MXenes基电催化剂提供了指导。
本综述以西安交通大学为第一单位，日本材料科学研究所、西北工业大学以及澳大利亚昆士兰大学为合作单位，西安交通大学电信学部博士生汤祎为此综述第一作者，西北工业大学杨晨辉副教授、西安交通大学阙文修教授、日本材料科学研究所Joel Henzie博士以及澳大利亚昆士兰大学Yusuke Yamauchi教授为共同通讯作者。
阙文修教授团队长期致力于MXenes基纳米复合材料在电化学储能及催化领域的研究，多项研究成果已发表在《先进能源材料》(AdvancedEnergy Materials, IF=29.368)、《先进功能材料》(Advanced Functional Materials, IF=18.808)、《材料化学杂志A》(Journal of Materials Chemistry A, IF=12.732)以及《化学工程杂志》(Chemical Engineering Journal, IF=13.273)等国际著名期刊。此综述是继多项成果后在MXenes电化学领域取得的又一重要进展。该工作得到国家自然科学基金面上项目、陕西省国际科技合作项目等的支持。
文章链接:https://doi.org/10.1002/aenm.202103867