ACS Nano：双功能单层WSe2/石墨烯自缝合异质结，在中性介质中高效全水分解

电化学水分解是一项有前景和可行的技术，可用于生产可持续发展的清洁氢能源。然而，由于不利的pH环境，当HER和OER电极在相同的电解质中进行整体水分解时，这些催化剂可能具有较差的活性或稳定性。双功能催化剂的构建可以在单一电解质中同时催化HER和OER，然而电解质的酸或碱性较强会对电极造成腐蚀。因此，开发中性介质中双功能电催化剂以避免电极或催化剂在恶劣环境中的腐蚀具有重要意义。

基于此，台湾大学陈俊维和台湾清华大学邱博文等制备了一种双功能WSe₂/石墨烯异质结催化剂，用于在中性介质(pH=7)中进行有效的全水分解。通过金属Cr掺杂与2D ML WSe₂缝合接触的石墨烯协同原子生长，双功能Cr掺杂WSe₂/石墨烯异质结在中性介质中表现出优异的整体水分解性能。

研究发现，金属Cr原子在WSe₂上的原子掺杂可以有效地促进固液界面的电荷转移；与二维WSe₂催化剂缝合接触的石墨烯的直接生长进一步提高了双功能催化剂的整体分解水效率。

将双功能Cr掺杂WSe₂/石墨烯异质结用于HER和OER。与具有金接触的Cr掺杂WSe₂相比，Cr掺杂WSe₂/石墨烯异质结表现出改善的性能，在10 mA cm^-2电流密度下的电池电压降低310 mV。通过后处理和直接生长技术对掺杂和缝合接触进行协同原子工程，在中性条件下，双功能Cr掺杂WSe₂/石墨烯异质结的电池电压在10 mA cm^-2下显著降低了980 mV。总的来说，石墨烯/TMD自缝合异质结为探索新型二维催化剂的电化学反应机理提供了一个理想的平台。

Bifunctional Monolayer WSe₂/Graphene Self-Stitching Heterojunction Microreactors for Efficient Overall Water Splitting in Neutral Medium. ACS Nano, 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c05986

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