MXene 类材料具有多种优势。由 HZB 化学家 Michelle Browne 领导的国际团队现已证明，经过适当功能化的 MXene 是电解水分解中氧气释放反应的极佳催化剂。它们比目前最好的金属氧化物催化剂更稳定、更高效。该团队目前正在柏林 X 射线源 BESSY II 和法国 Soleil Synchrotron 对这些 MXene 催化剂进行广泛的水分解特性分析。

MXenes 展现出作为析氧反应催化剂的才能

绿色氢被视为未来的能源储存解决方案之一。这种气体可以通过电解水分解，利用太阳能或风能产生的电能，以气候中性的方式生产。在一个电极上产生氢分子，而在另一个电极上形成氧分子。这种析氧反应(OER) 是电解的限制因素之一。需要特殊的催化剂来促进这种反应。

例如，OER 催化剂的最佳候选材料是镍氧化物，这种材料价格低廉且随处可见。然而，它们在电解器的碱性水中腐蚀很快，而且导电性也差强人意。这目前阻碍了低成本、高性能电解器的开发。

MXenes 作为催化剂

一种新型材料可以提供一种替代方案：MXenes，一种由金属(如钛或钒)与碳和/或氮结合而成的层状材料。这些 MXenes 具有巨大的内部表面积，可以用于储存电荷或作为催化剂，用途十分广泛。

博士生 Bastian Schmiedecke 通过将铜和钴的氢氧化物对接到 MXene 的表面，对其进行了化学“功能化”。在初步测试中，以这种方式生产的催化剂被证明比纯金属氧化物化合物的效率高得多。更重要的是，催化剂没有表现出降解，甚至在连续运行中效率有所提高。

BESSY II 的测量结果

与 Namrata Sharma 和 Tristan Petit 一起在 BESSY II X 射线源进行的测量表明了这种方法为何如此有效：“我们能够使用那里的 Maxymus 光束线来找出 MXene 样品外表面与内部的不同之处，”Schmiedecke 解释道。研究人员结合了扫描电子显微镜(SEM/TEM)、X 射线衍射 (XRD)、X 射线光电子能谱 (XPS)、X 射线透射显微镜 (STXM) 和 X 射线吸收近边结构 (XANES)，以进一步深入了解该材料。

“我们已经能够证明 MXenes 具有作为电解槽催化剂的巨大潜力，”Michelle Browne 说道。与爱尔兰都柏林圣三一学院和布拉格化学与技术大学的合作团队的合作将继续进行。除了进一步对 MXene 催化剂进行化学改造外，该团队还计划在连续运行的传统电解槽中测试此类催化剂。