由于析氢反应（HER）和析氧反应（HEROER）的能量屏障而所需高过电位，从而限制了水电解制氢的整体效率。其中，合理设计异质结构和锚定单原子催化剂（SAC）是降低这些过电位的两种成功策略，但是实现这种具有充分电子控制的先进纳米结构还具有挑战性。基于此，印度理工学院Uday Narayan Maiti和韩国科学技术研究所Yongtak Oh（共同通讯作者）等人报道了通过硒化诱导的混合金属氧化物/氢氧化物（MoO3/Ni-Co(OH)2）的原子重排，开发出具有边缘取向的硒化钼（MoSe2）和硒化镍钴（NiCo2Se4）纳米片的异质结构。MoO3/Ni-Co(OH)2纳米片的硒化，导致了垂直于NiCo2Se4纳米片基底的纵向MoSe2纳米片阵列的生长。与其块状形式相比，MoSe2显示出独特的层间扩展结构，而这种特殊的MoSe2层结构（垂直取向和层间扩展）确保了具有可接近催化边缘的大表面积。密度泛函理论（DFT）计算表明，这种独特的结构特征可以降低HER反应的能垒，也被用作从催化活性边缘到NiCo2Se4导电高速的电荷载流子路径，绕过了MoSe2内的层间跳跃。实验测试发现，MoSe2@NiCo2Se4异质结在10 mA cm-2的电流密度下具有89 mV的低过电位，显示出优异的HER活性，同时其还显示出良好的OER活性，需要255 mV的过电势就能达到10 mA cm-2。通过在MoSe2@NiCo2Se4上均匀修饰Ir单原子，在10 mA cm-2的电流密度下OER过电位降低到200 mV，这是已报道的包括单原子Ir样品在内的最佳值之一。此外，利用MoSe2@NiCo2Se4作为阴极、其SAC-Ir修饰对应物作为阳极的全电池在1.51 V时显示出10 mA cm-2的电流密度，这是已报道的最佳性能之一。MoSe2@NiCo2Se4/Ir-MoSe2@NiCo2Se4催化剂对的这种出色性能证明了异质结构控制对于太阳能燃料转换技术的重要性。Impact of Atomic Rearrangement and Single Atom Stabilization on MoSe2@NiCo2Se4 Heterostructure Catalyst for Efficient Overall Water Splitting. Small, 2022, DOI: 10.1002/smll.202200622.
https://doi.org/10.1002/smll.202200622.
