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成均館大學(xué)Hoojeong Lee和Pil J. Yoo課題組-- 垂直錨固的ReSe2納米薄片在還原氧化石墨烯載體上進(jìn)行高效的氫氣析出反應(yīng)
       通過水分解的放氫反應(yīng)(HER)對(duì)于產(chǎn)生大量的氫氣作為下一代燃料做出了重大貢獻(xiàn)。因此,開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)上可行且電化學(xué)上穩(wěn)定的HER電催化劑已成為大規(guī)模實(shí)施水電解的先決條件。基于單層/很少層的過渡金屬雙硫分子配合物(TMD)的HER電催化劑最近因其可變的可調(diào)電化學(xué)性能而引起了人們的極大興趣。但是,它們?nèi)匀幻媾R固有的局限性,例如自聚集、稀有的活性位點(diǎn)、高電阻和長(zhǎng)期的電化學(xué)不穩(wěn)定性。為了解決這些挑戰(zhàn),我們?cè)O(shè)計(jì)并合成了一種新型的電催化劑,該電催化劑包含一個(gè)富集活性位點(diǎn)的二硒化錸((ReSe2)納米薄片,該納米薄片通過一種簡(jiǎn)便的一步水熱合成方法垂直固定在還原氧化石墨烯(rGO)納米片載體上。rGO支撐物為多層ReSe2納米薄片提供了一個(gè)不斷生長(zhǎng)的平臺(tái),同時(shí)促進(jìn)了ReSe2邊緣/角位的大量暴露,這對(duì)于最大化ReSe2@rGO的催化活性是非常理想的。合成的ReSe2@rGO在10 mA·cm-2的電流密度下表現(xiàn)出145.3 mV的低過電勢(shì),對(duì)于HER過程,Tafel斜率為40.7 mV·dec-1,這是由于不飽和配位位點(diǎn)的高表面密度的協(xié)同作用所致,顯著加速的電子轉(zhuǎn)移,并增強(qiáng)了電化學(xué)穩(wěn)定性。該結(jié)果表明使用結(jié)構(gòu)調(diào)控的TMD和石墨烯雜交作為開發(fā)高性能HER催化劑的平臺(tái)工具包。
 

Figure 1. ReSe2@rGO的水熱合成過程示意圖。
 

Figure 2. ReSe2的模擬結(jié)構(gòu):通過a)C–O–Re、b)C–Re、c)C–O–Se和d)C–Se的可能鍵合錨固在rGO表面上。
 

Figure 3. (a)ReSe2@rGO的HR-TEM圖像;(b)ReSe2@rGO的Re、Se和C的STEM圖像和相應(yīng)的EDS元素映射;(c)和(d)不同放大倍數(shù)的ReSe2@rGO的SEM圖像。
 

Figure 4. (a)在0.5 M H2SO4中,各種催化劑的HER極化曲線。(b)10 mA·cm-2處的過電勢(shì)圖。(c)Tafel圖。(d)奈奎斯特圖。(e)用于確定各種催化劑ECSA的雙層電容測(cè)量值。(f)在10 mA·cm-2下的計(jì)時(shí)電流法穩(wěn)定性測(cè)試。
 
       相關(guān)研究成果于2021年由成均館大學(xué)Hoojeong Lee和Pil J. Yoo課題組,發(fā)表在Chemical Engineering Journal(https://doi.org/10.1016/j.cej.2020.126728)上。原文:Perpendicularly anchored ReSe2 nanoflakes on reduced graphene oxide support for highly efficient hydrogen evolution reactions。

轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)

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