ACS Sustain. Chem. Eng:原子級精確的鎳納米團簇用于提高析氫反應性能

一、【導讀】

? ?氫氣（H₂）被認為是一種無污染的可再生能源和化石燃料的替代品。通過具有成本效益的電化學水分解生產可持續氫燃料被認為是未來滿足綠色和清潔能源需求的最有希望的途徑之一。迄今為止，電催化析氫反應（HER）主要是使用稀有和貴金屬作為催化劑來實現的。然而，這些貴金屬的高成本和稀缺性嚴重阻礙了它們的實際應用。在過去的幾十年中，開發了許多不含貴金屬的電催化劑，例如硼化物、碳化物、氮化物、磷化物、硫化物、硒化物等。其中二維過渡金屬硫化物或者硒化物納米片因其更低的氫吸附吉布斯自由能和高穩定性等優點受到廣泛關注。然而，由于范德華力相互作用導致納米片重新堆積，導電性低于貴金屬以及HER過程的基面惰性等缺點也影響其進一步發展。研究發現原子級精確的金屬納米團簇 (NC)?能夠有效的在界面處將電荷進行分離以及激活邊緣位點。因此，合理的設計原子級精確的金屬納米團簇和二維硫化物或者硒化物的復合結構能有效的促進電催化HER的活性。

二、【成果掠影】

? ?近日，印度納米科學技術研究所Amitava Patra團隊通過在二維MoSe₂納米片(NSs)上設計了水溶性原子級精確的Ni納米團簇(NCs)，MoSe₂和Ni NC之間的強界面相互作用提高HER的催化性能。相關的研究成果以“Atomically Precise Ni Nanoclusters for Improving Hydrogen Evolution Reaction Performance”為題發表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering上。

三、【核心創新點】

? ?1、該工作開發了一種在室溫下合成硫醇鹽穩定的水溶性原子級精確Ni NC的新方法，并成功的將合成后的Ni NC錨定在二維MoSe_2?NS上。

? ?2、研究發現基于Ni NC和MoSe_2?NS之間的強界面相互作用，大量電子密度從Ni NCs轉移到MoSe₂ NS上，從而加速了MoSe₂的HER動力學。

四、【數據概覽】

圖1 (a) Ni NC合成示意圖，(b) Ni NC和DHLA的紫外-可見吸收光譜（插圖：肉眼觀察到的 Ni NC 溶液顏色）。(c) Ni NC的MALDI光譜，以及(d,e) Ni NC 的TEM 和 HRTEM 圖像。? 2023 ACS publication

圖2 MoSe2的(a) SEM 圖，(b)低倍TEM圖以及(c) HRTEM圖。 (d–f) TEM 和 HRTEM 圖載有 Ni NC的 MoSe₂。(g) MoSe₂的STEM 圖像以及(h–j) 相應的 EDS映射。? 2023 ACS publication

圖3 (a) Ni NCs 和 Ni NCs/MoSe₂的Ni 2p XPS光譜。 MoSe₂和Ni NCs/MoSe₂的(b)Mo 3d和(c) Se 3d XPS光譜。? 2023 ACS publication

圖4 Ni NCs、MoSe₂、Ni/MoSe₂和Pt/C對HER的電催化性能。(a) HER極化曲線。(b) Tafel 斜率。(c)?C_dl圖。(d) Nyquist圖。? 2023 ACS publication

圖5 (a) MoSe₂和5 wt% Ni/MoSe₂的計時電流測量，(b) 5 wt% Ni/MoSe₂催化前后的 HER 極化曲線，(c) 5 wt% Ni/MoSe₂催化前后的C?dl圖5 wt%。(d) 5 wt% Ni/MoSe₂催化前后的Nyquist圖。? 2023 ACS publication

五、【成果啟示】

? ?綜上所述，作者開發出一種新穎的濕化學方法合成了原子級精確的 Ni NC，并錨定在二維MoSe₂?NS?上提高了傳統MoSe₂?NS?催化劑的HER催化活性。這項工作提供一種使用原子級精確的非貴金屬NC作為具有成本效益的助催化劑來加速過渡金屬二硫化物或者硒化物HER動力學的有前途的策略，同時為設計高效和低成本的電催化劑以提高 HER 性能開辟了更多機會。

原文詳情： https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c06999

本文由K . L撰稿。