Stamme ved monolag MoS2/hBN-grænseflader øger hydrogenudviklingsreaktionsaktivitet

For nylig rapporterede forskerholdet ledet af prof. Wang Bin ved National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) i det kinesiske videnskabsakademi, at belastning genereret ved bobler af 2D-materialer kunne gavne den katalytiske aktivitet af hydrogenudviklingsreaktion (HER). Undersøgelsen blev offentliggjort i Chem Catalysis .

Grøn brint produceret ved elektrokemisk vandspaltning giver mulighed for at opnå kulstofneutrale produktionsprocesser. Katalysatorer spiller en afgørende rolle i at facilitere HER ved anoden, hvilket gør den til en nøglekomponent i overgangen til en bæredygtig energifremtid.

Overgangsmetal dichalcogenider (TMD'er), især MoS₂ , har henledt opmærksomheden på at erstatte platinbaserede materialer. En række strategier såsom defekt, doping, ledig stilling og interface engineering er blevet implementeret for at forbedre den katalytiske aktivitet af MoS₂ basalplan for HER.

Påvirkningen af ​​mikrostrukturer uden for planet (såsom rynker eller krusninger, ruller eller folder og bobler) er dog ofte blevet overset, som almindeligvis findes i 2D-materialer på grund af deres fleksibilitet. Derfor er sammenhængen mellem de aktive steder og den testede ydeevne af katalysatorer stadig tvivlsom, især i betragtning af den lette udseende af buet morfologi i praktiske katalysatorer.

I denne undersøgelse indså prof. Wangs team, inspireret af boblerne, der blev fremstillet via top-down tilgangen, skræddersyet af bobler med forskellig "substratfri" krumning ved grænsefladerne mellem monolag MoS₂ og hBN ved en dråbeassisteret overførselsmetode.

Finite element-modellering (FEM)-beregninger viste en gradvis stigning i belastningsfordelingen, der bevægede sig fra boblens periferi mod dens centrum. Store bobler kan nå belastningsniveauer helt op til 1,74 %.

Density functional theory (DFT) viste, at disse bobler inducerer stammedannelse på MoS₂ , som forbedrer adsorptionen af ​​protoner og HER-kinetikken. Som følge heraf var der et væsentligt løft i HER-aktiviteten med værdier, der nåede 129,65 mA cm ^-2 sammenlignet med 48,11 mA cm ^-2 ved -0,4 V vs. reversibel brintelektrode (RHE).

"Vores team har opdaget en innovativ metode til fremstilling af bobler, som muliggør præcis tilpasning og giver indsigt i boblernes dybe indflydelse på belastningsfordelingen. Eksperimentelle resultater viste, at belastningsniveauet forbundet med større bobler overgår de typiske gitterforvrængning-inducerede belastninger.

"Vi mener, at dette fund har vigtige implikationer for forståelsen af ​​det indviklede forhold mellem strukturer uden for planet og de iboende materialeegenskaber," sagde prof. Wang.

Desuden viste teoretiske undersøgelser, at stammen, der optrådte i sådanne ud-af-plane strukturer, kunne tune den elektroniske struktur og dermed justere protonadsorptionsydelsen af ​​katalysatorer, hvilket ikke kun giver en mere effektiv og stabil katalysator til brintenergiproduktion, men også kan drive teknologiske fremskridt inden for andre relaterede områder.

Flere oplysninger: Junjie Xiong et al., Stamme afledt af bobler ved monolag MoS2/hBN-grænseflader for øget hydrogenudviklingsreaktionsaktivitet, Kemkatalyse (2024). DOI:10.1016/j.checat.2024.100951. www.cell.com/chem-catalysis/ab … 2667-1093(24)00075-7

Leveret af Chinese Academy of Sciences