層狀二維材料的晶體和缺陷結構精準調控研究提供了新思路
通過溶劑熱方法,成功制備出一種層間距寬化并富有缺陷的1T-VS 2 納米片,展現出優異的電催化析氫性能。由于有機溶劑分子以及在反應過程中產生的銨離子等的插層作用,該溶劑熱法制備出的VS 2 納米片層間距寬化至1.0 nm,比塊體VS 2 材料的層間距(0.575 nm)增加了74%。層間距的寬化引起晶格的畸變而引入眾多的缺陷,豐富的缺陷賦予VS 2 納米片更多的活性位點,層間距的寬化還進一步改變了VS 2 材料的電子結構,從而使得該VS 2 納米片具有更加優化的氫吸附自由能(? G H )。HER測試結果表明,該VS 2 納米片呈現出優異的電催化性能,具有較小的塔菲爾斜率(36 mV dec ?1 )、具有較低的過電位(-43 mV@10 mA cm ?2 )和良好的穩定性(60 h)。此外,通過第一性原理計算的結果表明,層間距寬化的VS 2 具有更優化的? G H (-0.044 eV),媲美貴金屬Pt(如圖3 ). 。并且,層間距的寬化可以降低缺陷形成能,使材料更易形成缺陷。這里,理論計算結果和實驗相一致,較好地證明了通過層間距和缺陷的精細調控,可以有效提升二維材料的電催化析氫反應活性, 揭示了層間距和缺陷結構調控對提升電催化析氫的基本原理。此項研究工作為層狀二維材料的晶體和缺陷結構精準調控研究提供了新思路,為開發高性能電催化析氫材料研究打開了一扇新窗戶。
南方科技大學
2021-04-13