离子辐照激活MoSe₂纳米片用于高效电催化碱性析氢反应

一、研究背景：

开发在大电流密度下工作的高效、低成本和稳定的电催化剂对于升级当前工业电化学水分解以生产H₂至关重要。硒化钼（MoSe₂）是一种极具潜力的2D过渡金属二硫族化合物（TMD），但由于其惰性基面，使其H₂产量低下。近日，武汉大学任峰等人通过一种新型可控的He⁺离子辐照方法活化了MoSe₂纳米片阵列的催化活性，并且将多个空位同时引入其惰性基面。

本文要点：

1) 空位活化的MoSe₂具有改进的电催化性能和稳定性，在10 mA cm⁻²时的最小过电位为90 mV，Tafel斜率为49 mV dec⁻¹。与原始样品的几个小时相比，该催化剂在1000 mA cm^-1的工业级大电流密度下的高稳定性为650 h。

2) DFT结果表明，MoSe₂基面上的单个Se和单个Mo空位可以有效地提高电导率，降低水离解和随后质子吸附的能垒，从而提高电催化能力。这一发现证明了离子束在TMDs基催化剂中有效析氢缺陷工程中的应用。

图1 a) He-MoSe₂-A电催化剂的合成方案。b) SEM图，c) AFM图

图2 a) MoSe₂的高分辨率TEM图像。b) 2H相MoSe₂和c) MoSe₂-A的HAADF图像。d) He_1e13-MoSe₂-A和e) He_1e14-MoSe₂-A的HAADF图像。f) STEM-HAADF图像和EDS谱。

图3 a）LSV曲线，b）Tafel曲线，c）Nyquist曲线，d）双层电容电容，e）MoSe₂和He_1e13-MoSe₂-A在20 mA cm⁻²恒定电流密度下的计时电位曲线，f) He_1e13-MoSe₂-A在1000 mA cm⁻²恒定电流密度下的计时电位曲线

Liqiu Huang et.al Ion Irradiation Activated Catalytic Activity of MoSe₂ Nanosheet for High-Efficiency Hydrogen Evolution Reaction Adv. Energy Mater. 2023

DOI: 10.1002/aenm.202300651

https://doi.org/10.1002/aenm.202300651