層間距與缺陷精細調控協同助力電催化析氫反應

據Material views網站報道：氫氣作為可再生清潔能源是最有潛力替代傳統化石燃料的候選能源之一。析氫反應（HER, 2H++2e–→H2）在電解水中起著非常重要的角色。貴金屬鉑（Pt）與鉑基催化劑是目前商業化最有效的電催化劑，然而，其價格高昂性和資源稀缺性極大限製了它們的產業化應用。因此
，發展低成本、非貴金屬的高效析氫電催化劑具有重要戰略意義。層狀過渡金屬二硫屬化合物（MX2），如MoS2，WS2
，MoSe2，WSe2等
，具有較高催化活性和較低價格引起了廣泛的研究興趣。研究者們致力於拓展具有高導電性、高活性以及持久穩定性的MX2納米片作為先進HER催化劑。過去的研究表明，MX2材料的導電性與活性位點密度顯著影響其HER性能，通過碳修飾、摻雜或相轉變等方式來提高材料的導電性，通過引入缺陷、位錯或設計垂直納米片來增加MX2納米片中暴露的邊緣活性位點可以顯著地提高析氫反應活性。二硫化釩（VS2）具有與MoS2相同的二維層狀結構但是迥然的本征金屬相導電性，其穩定的1T相結構及有利於電子快速傳輸的金屬特性使得VS2作為一種先進HER催化劑具有了顯著的優勢。

最近，南方科技大學材料科學與工程係盧周廣教授、hefeigongyedaxuedianzikexueyuyingyongwulixueyuanxujunjiaoshouyuebudulaguowangkejidaxuewulikexueyugongchengbuzhangxixiangjiaoshou
，tongguorongjirefangfa
，chenggongzhibeichuyizhongcengjianjukuanhuabingfuyouquexiande1T-VS2納米片，展現出優異的電催化析氫性能。由於有機溶劑分子以及在反應過程中產生的銨離子等的插層作用，該溶劑熱法製備出的VS2納米片層間距寬化至1.0 nm，比塊體VS2材料的層間距（0.575 nm）增加了74%。層間距的寬化引起晶格的畸變而引入眾多的缺陷，豐富的缺陷賦予VS2納米片更多的活性位點，層間距的寬化還進一步改變了VS2材料的電子結構
，從而使得該VS2納米片具有更加優化的氫吸附自由能（∆GH）。HER測試結果表明，該VS2納米片呈現出優異的電催化性能，具有較小的塔菲爾斜率（36 mV dec⁻¹）

、具有較低的過電位（-43 mV@10 mA cm⁻²）和良好的穩定性（60 h）。此外，通過第一性原理計算的結果表明，層間距寬化的VS2具有更優化的∆GH（-0.044 eV）
，媲美貴金屬Pt。並bing且qie，層ceng間jian距ju的de寬kuan化hua可ke以yi降jiang低di缺que陷xian形xing成cheng能neng
，使shi材cai料liao更geng易yi形xing成cheng缺que陷xian。這zhe裏li，理li論lun計ji算suan結jie果guo和he實shi驗yan相xiang一yi致zhi，較jiao好hao的de證zheng明ming了le通tong過guo層ceng間jian距ju和he缺que陷xian的de精jing細xi調tiao控kong
，可ke以yi有you效xiao提ti升sheng二er維wei材cai料liao的de電dian催cui化hua析xi氫qing反fan應ying活huo性xing。

此ci項xiang研yan究jiu工gong作zuo為wei層ceng狀zhuang二er維wei材cai料liao的de晶jing體ti和he缺que陷xian結jie構gou精jing準zhun調tiao控kong研yan究jiu提ti供gong了le新xin思si路lu

，為wei開kai發fa高gao性xing能neng電dian催cui化hua析xi氫qing材cai料liao研yan究jiu打da開kai了le一yi扇shan新xin窗chuang戶hu。相xiang關guan論lun文wen已yi在zai線xian發fa表biao在zaiSmall（DOI：10.1002/smll.201703098）上。