展品名称：ZIF-67@MXene复合材料

材料类别：复合材料

创作者名称：梁兴游

所属学校：大连理工大学

参赛论文：A two-dimensional MXene-supported metal-organic framework for highly selective ambient electrocatalytic nitrogen reduction

科研笔记:

MXenes的探索之路

       从小便憧憬科研这样一个领域，觉得很神秘很抽象。进入研究生阶段算是真正开始了自己的科研之路。经过了两年的沉淀，我目前以学生第一作者发表了7篇SCI论文，包括影响因子达到28.905的Electrochemical Energy Reviews与影响因子18.808的Advanced Functional Materials等顶级期刊。此外，以学生第一作者在投论文4篇，学生第一作者申请发明专利1项，撰写国际学术专著1章。以下是我在攻读硕士研究生期间的科研故事，很高兴能借助奇材馆这个平台分享给大家。

       我的研究课题是电催化还原氮气合成氨，其实真正进行课题实验部分是在研二。在研一期间，我初识了这种二维过渡金属碳化物和氮化物材料——MXenes，导师刘安敏副教授给我布置了一篇二维MXenes在电催化领域应用的综述，同时也包括我自己的课题。万事开头难，作为科研的开端，确实有点无从下手。于是，我按照文献归类的方法搜集整理了大量MXenes应用于电催化的资料，这些文献使我对MXenes材料有了更深的了解，并且在导师和师姐们的帮助下搭建好了综述的结构，历经3-4个月的时间完成了初稿。接着，在无数次的修改下成功被Advanced Functional Materials接收，非常开心我的工作得到了认可。后来，我又撰写了国际学术专著的1个章节和第二篇综述，两个都是二维MXenes材料在储能领域的应用。在拥有了撰写第一综述的经验基础上，这两篇并没有花费很长时间，并且第二篇综述成功被Electrochemical Energy Reviews接收。这些工作使我对MXenes材料有了更深的理解，为后续的实验工作奠定了基础。

图1 （a）二维MXene在电催化领域的应用示意图；（b）二维MXene在锂离子电池和钠离子电池中的应用示意图；（c）MXene及其复合材料在金属硫电池和金属空气电池中的应用

       在实验过程中，考虑到电化学氮还原反应过程中面临着N2吸附动力学差，惰性N≡N三键难以断裂，以及容易发生竞争性析氢反应（HER）等一系列挑战，这就需要探寻和开发高性能的电催化剂，以期能进一步提升NRR活性和选择性。经过文献调研，我首先锁定了ZIF-67这种材料，通过测试之后发现该材料的导电性较差，得到的氨产率和法拉第效率也不佳。考虑到其较差的导电性，我首先将ZIF-67与具有高导电性和高活性的二维MXene复合制备了ZIF-67@MXene复合材料。接着，进行了一系列电化学测试，发现氮还原性能得到了很大的提升，同时也具有很好的稳定性。总体来说，我的实验思路比较明确，遇到问题及时与导师解决，希望能在该领域做一些更加深入的研究。

图2 ZIF-67@MXene复合材料进行电化学合成氨的示意图

       最后，我想分享的是做科研切勿急功近利。做科研要有明确的思路，逻辑与表述在前，内容和亮点在后。不要把它当做是一个任务，要把它看做是体现自己人生价值的平台。学会坚持，放弃就等同于彻底失败，坚持就预示着最后的成功。

展品简介/创新点：

由于Co-MOF（ZIF-67）的导电性较差，直接利用其作为高效的NRR电催化剂仍然面临挑战。通过引入二维MXene材料作为导电载体，可以通过改变负载催化剂活性中心的亲电性，进而有效提高复合材料的电催化性能。

性质：

负载在二维MXene表面上的具有菱形十二面体的ZIF-67复合催化剂氮还原性能显著优于纯的ZIF-67与MXene。

展品应用领域：

氮还原（NRR）、氧析出（OER）等电催化领域。

展品参数：