AFM：大规模、可控的合成用于高效电催化析氢的超薄PtSe2带

二维层状过渡金属二硫化物(TMDCs)的原子厚度不同于三维固相，因此具有优异的光学、电学、机械和化学性能。因此，它们在基础科学研究和下一代光子、电子、催化、传感器和其他设备的开发中具有巨大的应用潜力。二维半导体TMDCs(如MoS₂和WS₂)可作为析氢反应(HER)的电催化剂。

然而，相对较低的导电性和有限的催化活性位点显著降低了其HER性能，使得上述大多数的TMDCs的HER性能仍不能与Pt基催化剂竞争，并且上述大多数催化剂还存在载流子迁移率相对较低，光谱响应主要集中在可见区域等问题，这也进一步限制了其在电学和光学中的应用。

基于此，清华大学朱宏伟等人提出了一种简单的化学气相沉积合成方法，用于在金箔上合成高质量的1T-PtSe₂超薄带，使其易于应用。

本文将单层的1T-PtSe₂带/Au直接作为电催化剂。前期研究表明，PtSe₂的1T边的H原子自由能与气相中的H₂或H⁺的自由能最接近，因此催化活性位点主要位于1T-PtSe₂。此外，Se空位可以捕获局域电子并活化最近的Pt原子，从而提高PtSe₂催化剂的催化能力。本文的电化学测试结果表明，随着覆盖率和边缘密度的增加，本文的催化剂的HER性能的确显著提高。

当本文选取阴极电流密度为10 mA cm^-2时的过电位作为性能指标，绘制过电位与覆盖率和边缘密度的散点图并直线拟合后可以发现，催化剂的催化性能与边缘密度有很强的相关性，这一结果表明，边缘密度是影响催化剂催化性能的直接因素，即边缘催化活性明显优于基面。

值得注意的是，当电流密度为10 mA cm^-2和100 mA cm^-2时，与其他PtSe₂基催化剂进行比较，本文的PtSe₂带的HER性能明显优于PtSe₂纳米片和PtSe₂薄膜，这明显得益于带中丰富的边缘。此外，本文还根据线性扫描伏安(LSV)曲线得到了制备的催化剂的Tafel斜率，并与金箔和商业Pt进行对比。对于20、30、50-PtSe₂带和Pt电极，根据Tafel方程拟合的Tafel曲线线性部分的Tafel斜率分别为39.8≈43.6和31.4 mV dec^-1，这反映了PtSe₂带的HER遵循Volmer-Tafel机制。

根据前期研究结果的启发，本文对单层1T-PtSe₂进行了密度泛函理论(DFT)计算，以确定催化剂的催化活性位点。结果表明，单层1T-PtSe₂基面、扶手椅型边缘和基面中的Se空位的H吸附吉布斯自由能(ΔG_H*)分别为1.122、-0.449和0.258 eV。扶手椅型边缘和空位的ΔG_H*绝对值较低，这表明1T-PtSe₂带的催化活性位点主要位于边缘，并且在基面中引入Se空位可以用来提高催化剂的催化剂性能。

总之，二维PtSe₂具有优异的层间电性能和对析氢反应的高催化活性，是研究结构-活性关系的理想体系。本文的理论和实验结果证实，这些超薄的1T-PtSe₂带具有丰富的催化位点，可以作为理想的电催化剂。本文的工作提供了对PtSe₂带的形态和结构的清晰理解，为功能型二维PtSe₂的制备和高性能二维HER催化剂的合理设计和性能调控开辟了新的可能性。

Large-Scale, Controllable Synthesis of Ultrathin Platinum Diselenide Ribbons for Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution, Advanced Functional Materials, 2023, DOI: 10.1002/adfm.202300376.

https://doi.org/10.1002/adfm.202300376.