二维二卤化Re纳米结构是一种很有前途的析氢反应电催化剂。

有鉴于此，韩国高丽大学Jeunghee Park等人，报道了使用一步溶剂热反应合成的ReSe₂纳米片中各种过渡金属TM（锰，铁，钴，镍和铜）的原子掺杂，表现出优异的HER催化性能。

本文要点

1）随着TM的原子数从Mn增加到Cu，Re位点上的吸附原子变得比取代原子更受青睐。在镍的情况下，吸附原子的比例达到90％。X射线光电子能谱（XPS）和X射线吸收能谱分析表明，电子结构与掺杂结构有很好的相关性。原子分辨扫描透射电子显微镜图像确定了取代和原子掺杂结构，并揭示了TM越来越倾向于按Cu> Ni> Co> Fe> Mn的顺序进行原子掺杂。

2）HER催化性能表现出对TM掺杂剂的强烈依赖性，Ni掺杂可最有效地增强HER催化性能，表现为在0.5 M H₂SO₄和1 M KOH中，10 mA cm^-2时的过电位分别为82 mV和109 mV，Tafel斜率为54 mV和81 mV dec^-1。

3）通过第一原理密度泛函理论（DFT）计算，以预测两种掺杂结构来解释实验。沿HER途径的吉布斯自由能计算表明，吸附原子比取代原子提供更有利的H吸附位，与取代结构相比，修饰原子掺杂结构(TMs在Re位点上)具有更高的催化活性。吸附的H原子通过与TM吸附原子的轨道直接键合而形成中间能隙的杂化状态，因此Ni-ReSe₂是活性最高的催化剂。

总之，该工作对TM掺杂如何在这些ReSe2纳米片中提供催化活性位点提供了更深入的了解。

参考文献：

Ik Seon Kwon et al. Adatom Doping of Transition Metals in ReSe₂ Nanosheets for Enhanced Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction. ACS Nano, 2020.

DOI: 10.1021/acsnano.0c05874

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c05874