氢作为一种高效、清洁的能源载体，很可能成为化石燃料的潜在替代品。电解水是制备高纯氢的较好途径，但其大规模应用需要高效稳定的电催化剂。目前，铂基贵金属纳米粒子被证明是最活跃的电催化剂，具有接近零的过电位来驱动阴极析氢反应，但其成本高、丰度低、耐久性差，极大地限制了其广泛应用的前景。因此，有必要开发一种对其具有高催化活性的非贵金属替代品，并含有丰富的地壳元素。MoS₂是一种由三个原子（S-Mo-S）组成的典型2D层状过渡金属二硫化物，是一种有前途的HER电催化剂，但存在活性位点较少、活性较低、导电性较差的问题。近日，浙江师范大学的乔儒教授课题组和浙江理工大学的Zhongqing Jiang、Changsheng Song等合作，成功地将MoSe₂和N掺杂碳(NC)构建成双壳层中空纳米盒（NC@MoSe₂），得到的NC@MoSe₂电催化剂对析氢反应(HER)具有优异的催化活性。NC@MoSe₂将二维层状过渡金属双卤代烃(TMDs)和N掺杂碳的结构和功能优势巧妙结合，产生显著的协同效应，使其具有极强的电化学活性，有效催化析氢反应。而且，具有最佳厚度MoSe₂壳的NC@MoSe₂可以表现出相当低的起始电位61 mV，达到10 mA/cm²的电流密度仅需要很小的过电位164 mV（vs. RHE），塔菲尔斜率低至55 mV/dec，这主要得益于较小尺寸的超薄MoSe₂纳米薄片的大量暴露的活性边、整体的分层中空结构以及MoSe₂与NC层之间的强电子耦合作用。密度泛函理论(DFT)模拟结果较好地支持了实验观测结果，揭示了NC和MoSe₂之间存在着很强的协同效应。该工作为设计制备低成本、高活性的HER催化剂提供了一种新的思路。

Weiheng Chen, Ru Qiao, Changsheng Song, Leihong Zhao, Zhong-Jie Jiang, Thandavarayan Maiyalagan, Zhongqing Jiang. Tailoring the thickness of MoSe₂ layer of the hierarchical double-shelled N-doped carbon@MoSe₂ hollow nanoboxes for efficient and stable hydrogen evolution reaction. Journal of Catalysis, 2019.

DOI: 10.1016/j.jcat.2019.11.013

https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.11.013