ACS NANO：过渡金属在ReSe纳米片中的原子掺杂增强电催化析氢反应- 大数跨境

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ACS NANO：过渡金属在ReSe纳米片中的原子掺杂增强电催化析氢反应

科学材料站

2020-09-13

导读：该工作报道了用溶剂热反应合成的ReSe纳米片中各种过渡金属的原子掺杂。随着过渡金属原子序数从锰增加到铜，稀土原子上的原子比取代原子更受青睐。在镍的情况下，原子的比例达到90%。

文章信息

过渡金属在ReSe纳米片中的原子掺杂增强电催化析氢反应

第一作者：Ik Seon Kwon

通讯作者：Jeunghee Park *

单位：高丽大学

研究背景

化石燃料的快速消耗带来了严重的能源和环境危机。氢气是一种清洁的可再生能源，已经成为化石燃料的替代品，因为它只能在燃料电池或内燃机中产生水。电化学水分解被认为是一种生态友好的制氢方法。然而，为了与化石燃料竞争，需要有效的催化剂来提高反应速率并降低电化学制氢中的过电位。铂目前是氢释放反应的最佳催化剂，但其稀缺和高成本限制了商业化。二维(2D)过渡金属二元化合物作为最有前途的HER催化剂，因其成本低、稳定性高和催化活性好等优点而受到广泛研究。

研究背景

近日，高丽大学Jeunghee Park教授在国际顶级期刊ACS NANO(影响因子：14.588) 上发表题为“Adatom Doping of Transition Metals in ReSe2 Nanosheets for Enhanced Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction”的研究工作。

该工作报道了用溶剂热反应合成的ReSe纳米片中各种过渡金属的原子掺杂。随着过渡金属原子序数从锰增加到铜，稀土原子上的原子比取代原子更受青睐。在镍的情况下，原子的比例达到90%。镍的掺杂最有效地提高了HER的催化性能，其特征是在0.5 M H2SO4和1 M KOH中10mA·cm-2的过电位分别为82和109mV，Tafel斜率为54和81mV·dec-1。

本文要点

要点一：掺杂的钴、镍和铜主要以原子形式存在于稀土元素上，而锰和铁原子更倾向于取代稀土元素。锰、铁、钴、镍和铜的原子百分比分别为25%、40%、75%、90%和100%。XPS和XANES/EXAFS分析为TM掺杂结构的偏好提供了进一步的证据。

要点二：铜原子倾向于聚集形成具有氧化表面的团簇。d电子和/或TM原子增加了电子密度，导致金属相增多。镍-二氧化铈表现出最好的HER催化性能。它在0.5 M H2SO4中的j=10 = 82mv(vs rhe)和Tafel斜率(b)为54 mV dec-1，在1 M KOH中的j=10 = 109mv (vs RHE)和b = 81 mV dec-1。我们对取代和吸附模型(吸附在Re位点的TMs)进行了密度泛函理论计算。

要点三：沿着HER途径计算的GH*表明，与替代模型(SeNN-H)相比，adatom模型(TMad-H)具有更高的催化活性。Ni-ReSe2的最佳HER性能可以通过其中最高比例的原子来解释。PDOS谱表明氢的吸附通过与镍轨道的直接成键导致了一个中间能隙杂化态(稳定在1电子伏左右)，这也是Ni-ReSe2配合物具有优异的HER性能的原因。

文章链接

Adatom Doping of Transition Metals in ReSe2 Nanosheets for Enhanced Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c05874