本文使用膠體反應合成了成分調整的WSe2–VSe2 (W1–xVxSe2, x = 0–1)合金納米片。
調整過渡金屬二硫化物(TMD)的電子結構對于它們在下一代能源技術中的實施至關重要。在這項研究中，全州大學Hong Seok Kang和高麗大學Jeunghee Park使用膠體反應合成了成分調整的WSe2–VSe2 (W1–xVxSe2, x = 0–1)合金納米片。將半導體WSe2與VSe2合金化將材料轉化為金屬材料，然后在x = 0.7處發生2H到1T的相變。在很寬的組成范圍內，WSe2 和VSe2在原子上是不混溶的并形成獨立的有序域。x = 0.1的混溶合金在酸性電解質中對析氫反應(HER)表現出增強的電催化活性。這種趨勢通過火山型關系與d波段中心相關。
自旋極化密度泛函理論計算一致地預測了原子不混溶性，這在 2H-1T相變組成中變得更加顯著。H在基面（Se或空穴位）吸附的吉布斯自由能和沿 Volmer-Heyrovsky 反應途徑的活化勢壘支持合金相增強的HER性能，表明分散的V摻雜結構是造成最好的HER催化活性。我們的研究證明了TMD合金納米片的原子結構如何在提高催化活性方面發揮關鍵作用。
催化劑上H原子吸附的ΔGH*是HER催化活性的另一個有用描述符，|ΔGH*| ≈0被認為是最優的。我們使用具有1H相（在x = 0、0.11、0.25和0.5）和1T相（在x = 1）的(6×6×1)超晶胞的平板幾何形狀計算了ΔGH*值。對兩個可能的H 吸附位點進行了建模：（i）Se原子的頂部（表示為T模型）和（ii）六角環的中心（表示為C模型），如圖5a和b所示。在C模型中，H吸附位點是三個Se原子之間的空穴，它們在俯視圖中表現為金屬-Se六角環的中心。H原子形成三個金屬-H鍵。|ΔGH*|值和活化勢壘表明，硒原子（T模型）和空穴（C模型）等H吸附位點在合金化后變得更具HER活性。因此，x = 0.1 比 x = 0 (WSe2)更高的HER性能歸因于這些活性位點。然而，更高x的氧化會阻礙這些活性位點以增強HER性能。總體而言，我們得出結論，合金化使H吸附位點對HER更有利，但氧化降低了更高x下的HER性能。
Ik Seon KwonIk Seon Kwon?Department of Advanced Materials Chemistry, Korea University, Sejong 339-700, Republic of Korea?More by Ik Seon Kwon?, In Hye Kwak, Getasew Mulualem Zewdie, Seung Jae Lee, Ju Yeon Kim, Seung Jo Yoo, Jin-Gyu Kim, Jeunghee Park*, and Hong Seok Kang. WSe2–VSe2 Alloyed Nanosheets to Enhance the Catalytic Performance of Hydrogen Evolution Reaction. ACS Nano 2022,
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c04113
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