本文使用胶体反应合成了成分调整的WSe2–VSe2 (W1–xVxSe2, x = 0–1)合金纳米片。
调整过渡金属二硫化物(TMD)的电子结构对于它们在下一代能源技术中的实施至关重要。在这项研究中，全州大学Hong Seok Kang和高丽大学Jeunghee Park使用胶体反应合成了成分调整的WSe2–VSe2 (W1–xVxSe2, x = 0–1)合金纳米片。将半导体WSe2与VSe2合金化将材料转化为金属材料，然后在x = 0.7处发生2H到1T的相变。在很宽的组成范围内，WSe2 和VSe2在原子上是不混溶的并形成独立的有序域。x = 0.1的混溶合金在酸性电解质中对析氢反应(HER)表现出增强的电催化活性。这种趋势通过火山型关系与d波段中心相关。
自旋极化密度泛函理论计算一致地预测了原子不混溶性，这在 2H-1T相变组成中变得更加显着。H在基面（Se或空穴位）吸附的吉布斯自由能和沿 Volmer-Heyrovsky 反应途径的活化势垒支持合金相增强的HER性能，表明分散的V掺杂结构是造成最好的HER催化活性。我们的研究证明了TMD合金纳米片的原子结构如何在提高催化活性方面发挥关键作用。
催化剂上H原子吸附的ΔGH*是HER催化活性的另一个有用描述符，|ΔGH*| ≈0被认为是最优的。我们使用具有1H相（在x = 0、0.11、0.25和0.5）和1T相（在x = 1）的(6×6×1)超晶胞的平板几何形状计算了ΔGH*值。对两个可能的H 吸附位点进行了建模：（i）Se原子的顶部（表示为T模型）和（ii）六角环的中心（表示为C模型），如图5a和b所示。在C模型中，H吸附位点是三个Se原子之间的空穴，它们在俯视图中表现为金属-Se六角环的中心。H原子形成三个金属-H键。|ΔGH*|值和活化势垒表明，硒原子（T模型）和空穴（C模型）等H吸附位点在合金化后变得更具HER活性。因此，x = 0.1 比 x = 0 (WSe2)更高的HER性能归因于这些活性位点。然而，更高x的氧化会阻碍这些活性位点以增强HER性能。总体而言，我们得出结论，合金化使H吸附位点对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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