近年来，MXene二维材料凭借其优异的导电性、高比表面积和丰富的表面官能团，在催化、电化学储能、传感器等领域展现出巨大的应用潜力。为了进一步提升MXene的性能，研究者们尝试将各种组分，如有机分子、聚合物、金属和半导体材料等，与MXene进行复合，形成MXene复合材料。然而，传统的溶液法合成MXene复合材料存在MXene氧化和纳米颗粒团聚等问题，限制了其应用。因此，开发一种绿色、高效的MXene复合材料合成方法具有重要意义。

　　针对上述问题，韩国科学技术院（KAIST）Hee-Tae Jung等提出了一种无需溶液的MXene基复合杂化纳米结构合成方法，利用快速焦耳加热技术克服了传统溶液法在合成过程中MXene氧化的缺点。通过向MXene基材上加载前驱体并施加快速热冲击，成功合成了包含Pt、Co、Cu、Ni、Fe、Pd及其合金等多种成分的MXene复合杂化纳米结构。实验结果显示，快速焦耳加热技术具有多方面优势，包括最小化MXene氧化、杂化成分分布均匀无严重团聚、以及多元合金合成均匀性。研究通过合成的Pt-MXene纳米复合材料展示了该方法的有效性，该复合材料在氢析出反应（HER）中表现出优异的电催化活性和稳定性。这一技术不仅保留了MXene的独特性质，还适用于多种应用场景，特别是在MXene复合材料的协同效应能够带来性能显著提升的领域。相关工作以“Solution-free synthesis of MXene composite hybrid nanostructures by rapid Joule heating”为题发表在期刊Journal of Materials Chemistry A上。

　　1. 无溶液合成法: 采用快速焦耳加热技术，避免了传统溶液法中MXene氧化和纳米颗粒团聚的问题，保留了MXene的优异性能。

　　2. 均匀分散: 实现了金属纳米颗粒在MXene表面的均匀分布，避免了团聚现象，提高了材料的电催化活性。

　　3. 多元素合金合成: 成功合成了二元、三元、四元、五元和六元金属合金纳米颗粒，为MXene复合材料的性能调控提供了更多可能性。

　　4. 优异的HER催化性能: 合成的Pt-MXene复合材料展现出优异的析氢反应催化活性，过电位低，稳定性好365买球在线，具有广阔的应用前景365买球在线。

　　图1 概述了利用快速焦耳加热技术制备MXene纳米复合材料的过程。研究主要采用Ti3C2Tx MXene，通过化学湿法蚀刻得到，并经XPS验证其表面富含含氧和氢氧基团。该方法同样适用于其他MXene材料，如Ti2CTx。MXene气凝胶作为基底，因其高比表面积提供了丰富的活性位点以负载金属纳米颗粒。快速焦耳加热技术通过施加高电脉冲迅速提升基底的温度，持续时间仅为75毫秒。在此过程中，金属前驱体沿基底表面迁移并在缺陷位点迅速沉积，从而在MXene表面形成均365买球app官方网站匀分布的金属纳米颗粒（NPs）。图1B的TEM图像显示了Pt纳米颗粒在Ti3C2Tx MXene上的均匀分布，并通过HRTEM和TEM-EDS映射验证了Pt纳米颗粒的存在和分布。

　　图2 比较了快速加热和传统溶液处理方法制备的Pt-Ti3C2Tx MXene复合纳米结构的表面结构和形貌。快速加热法制备的Pt纳米颗粒表现出高度均匀分散，而溶液处理法则导致Pt纳米颗粒在MXene表面严重聚集。此外，快速加热法显著减少了MXene的氧化，而溶液处理法则导致MXene氧化成TiO2。XPS和XRD分析进一步证实了快速加热法在合成过程中对MXene的保护作用，减少了氧化。

　　图3 展示了快速加热Pt-MXene作为电催化剂在HER中的性能。快速加热Pt-MXene表现出低过电位和高催化活性，与商业Pt/C相比具有更高的质量活性和更低的Tafel斜率。这归因于Pt纳米颗粒的均匀分布和MXene表面在合成过程中的保护，从而最大化了催化活性位点的暴露。此外，快速加热Pt-MXene在长期365买球app官方网站稳定性测试中显示出优异的稳定性，远超过溶液处理的Pt-MXene。

　　图4 展示了快速焦耳加热技术合成的多种多元素金属纳米颗粒在MXene气凝胶上的能力。通过调整金属前驱体的比例，成功合成了从二元到六元合金的金属纳米颗粒，且合金中未观察到明显的相分离。HAADF-STEM和EDS映射图像证实了合金纳米颗粒的成功合成，表明该方法能够合成广泛的合金组合，同时保持MXene的最小氧化，为调节材料属性提供了广阔的空间。

　　总之，本研究提出了一种基于快速焦耳加热技术的MXene复合材料合成方法，该方法能够有效避免MXene氧化和纳米颗粒团聚，并实现金属纳米颗粒在MXene表面的均匀分布。研究表明，该方法合成的Pt-MXene复合材料展现出优异的析氢反应催化性能，其过电位低，稳定性好。此外，该方法还可用于合成多元金属合金纳米颗粒，为MXene复合材料的性能调控提供了更多可能性。该研究为MXene复合材料的绿色、高效合成提供了新的思路，并有望推动其在催化、电化学储能等领域的应用。

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　　原标题：《【复材资讯】韩国科学技术院JMCA：焦耳加热助力MXene复合材料高效合成，催化性能显著提升》

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