通过P原子的掺杂过程 ， P-V2CTX无法达到足够的HER活性 。 因此 ， 对于具有V2CTX的非凡HER电催化剂 ， MXene的适当改性过程是必要的 ， 以实现适当的氢吸附强度以加速HER性能 。 因此 ， Pt原子可以成为限制在V2CTX纳米片中的绝佳选择 。 通过在V2CTX中掺杂空位 ， Pt的原子限制可以最大限度地提高其HER效率和高内在催化性能 。 反应性和还原性V2CTX MXene可以为 Pt原子提供足够的位点 ， 可以替代V空位 。 此外 ， 电子从Pt转移到基质材料（V2CTX纳米片）有利于提高V2CTX纳米片的HER性能 ， 并由于金属电子供体的额外电荷而削弱了H-O强度 。 这提供了优异催化性能的可能性 。 因此 ， Pt原子限制的V2CTX具有通过最大化Pt原子的利用效率并提供最佳的氢吸附能来实现高HER性能的潜力 。
在此 ， 我们报告了第一个基于V2CTX的高度还原性 ， 通过Pt的同时自还原过程进入富含V的缺陷位点的原子Pt固定化V基MXene（V2CTX）纳米片 。 在单层或几层MXene纳米片的Al蚀刻和分层过程中 ， 即使在温和的条件下 ， HF也可以产生相邻的V空位 。 V空位在高度还原的MXene纳米片中非常不稳定和反应性 ， 可以原子地容纳和固定Pt 。 Pt原子被限制在V2CTX的V空位中 ， 负载量低（~0.88 wt%） ， 并且与周围的碳原子形成共价Pt-C键 。 所得的Pt-V2CTX催化剂对HER表现出类似Pt的动力学 ， 在0.5 M H2SO4中在10 mA cm-2下具有约27 mV的低过电位 ， 并且表现出优异的稳定性 。 值得注意的是 ， 与最先进的商业Pt/C催化剂相比 ， Pt-V2CTX催化剂的活性提高了50.1倍 。 即使在碱性电解质（1 M KOH）中 ， Pt-V2CTX催化剂也表现出优异的催化活性 ， 过电势约为68 mV ， 证明了在碱性介质上的HER性能 。 扩展X射线吸收精细光谱(EXAFS)表明存在带正电荷的Pt原子 ， 表明V2CTX中的原子晶格限制 。 DFT计算表明 ， 限制在V空位的单个Pt原子和V2CTX纳米片的表面氧原子充当有效的活性位点 ， 表明吸附原子氢的最佳吉布斯自由能(ΔGH*0) ， 从而产生出色的HER性能 。
二、材料与方法
2.1.V2CTX & Pt-V2CTX MXene纳米片的合成
V2CTXMXene的Al层在35℃下用HF溶液（49%）选择性蚀刻5天 ， 并通过D.I洗涤使用离心机进行中和 。 然后 ， 将制备的V2CTX MXene分散在TBAOH（四丁基氢氧化铵）溶液中并搅拌24小时 ， 使TBAOH嵌入V2CTXMXene 。 搅拌后 ， TBAOH插入的V2CTXMXene用D.I洗涤中和 ， 然后振摇20分钟 ， 使V2CTX MXene纳米层分层 。 然后将分层的V2CTX溶液以3000 rpm的速度离心以去除未分层的V2CTXMXene片材 。 Pt-V2CTX MXene纳米片是使用H2PtCl6溶液通过自还原过程制备的 。 将所需量（100 μl、200 μl、500 μl）的H2PtCl6（10 mg/ml）加入到V2CTX溶液中 ， 然后将均匀溶液在室温下搅拌6小时 ， 使Pt原子自行还原为V2CTX提供未经热处理的Pt-V2CTX 。 反应后 ， 过滤Pt-V2CTX溶液并用去离子水和乙醇洗涤以除去过量的H2PtCl6 。
2.2.材料特性
通过场发射扫描电子显微镜（FE-SEM ， S-4700 ， Hitachi）表征样品的形态学研究 。 透射电子显微镜(TEM)、能量色散X射线光谱(EDS)和高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)使用JEOL ARM200F和场发射枪在200 kV下运行和像差校正器 。 进行X射线衍射分析（XRD ， Rigaku）以在40 mA电流和40 kV电压下用Cu Kα辐射（λ = 1.5418 ?）鉴定产物的晶相 。 通过拉曼光谱（inVia Raman光谱仪 ， Renishaw）和X射线光电子能谱（XPS ， K-alpha ， Thermoscientific）用单色Al Kα辐射检查化学键 。 X射线吸收精细结构（XAFS）在浦项光源（PLS-II）的8 C纳米探针XAFS光束线（BL8C）在3.0 GeV存储环中测量 ， 环电流为250mA 。 X射线束由Si(111)双晶单色 ， 其中光束强度降低30%以消除高次谐波 。 然后将X射线束传送到二次源孔径 ， 其中光束尺寸调整为0.5 mm (v) × 1 mm (h) 。 XAFS光谱以荧光模式收集 。 使用Demeter软件处理获得的光谱 。 扩展的X射线吸收精细结构(EXAFS)光谱拟合在3 – 10 ?-1的傅立叶变换范围内 ， 并在1.0 ?和3.0 ?之间应用了汉宁窗 。 幅度减小因子(SO2)设置为0.8 。 Pt含量通过电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)检测 。
2.3.电化学表征
在工作电极上负载催化剂（V2CTX、Pt-V2CTX和20% Pt/C）采用催化剂油墨的通用方法制备 。 首先 ， 将10 mg催化剂与50 μl 5 wt.% Nafion乙醇溶液一起分散在乙醇水溶液（0.9 ml去离子水和0.1 ml乙醇）中 。 然后 ， 将20 μl催化剂墨水滴涂在4 mm玻碳电极上 ， 催化剂负载量为1.59 mg cm-2 。 所有电化学测量均使用恒电位仪(MP1 Wonatech)使用典型的三电极电池进行 ， 其中直径为4 mm的玻璃碳作为工作电极(WE) ， 石墨棒用作对电极(CE) 。 Ag/AgCl电极和Hg/HgO分别用作酸性电解质和碱性电解质的参比电极(RE) 。 0.5 M H2SO4和1 M KOH分别用作酸性和碱性电解液的电解液 。 LSV曲线在10 mV s-1的扫描速率下表征为从0.00到-0.80 V vs RHE 。 稳定性是通过恒电流测量在-10 mA cm-2与RHE的静态电位下长达10小时的电压-时间响应进行测试的 。 根据以下等式 ， 这项工作中报告的电位参考了RHE：
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