海南大学林仕伟教授课题组在硒化钼相调控及高效析氢方面取得研究新进展

日前，海南大学林仕伟教授、浙江大学夏新辉研究员和中山大学卢锡洪教授共同在国际着名期刊Advanced Materials（影响因子：21.95）上撰文，报道了氮掺杂(1T-2H)硒化钼核壳阵列的相调控及其高效析氢反应的最新进展。

分解水制氢被认为是人类能源终极梦想。近年来，铂/铂基合金因其低过电位及塔菲尔斜率被认为是析氢反应(HER)最具潜力的电催化剂，但其昂贵的价格、稀缺的储量以及低稳固性限定了现实应用。因此，开发高性价比和高稳固性的电催化剂是提拔阴极析氢反应（HER）的关键。在已开发的电催化剂中，硒化钼（MoSe2）阵列制备过程可控，稳固性优秀，且具有优秀的析氢性能，被认为是极具吸引力的水分解制氢电催化剂。MoSe2具有两种活性HER相：2H（三角棱柱晶格）和1T（三角晶格，八面体配位）。其中，1T-MoSe2体现出金属特征，电导率高，具有更优秀的析氢性能；而2H-MoSe2是P型半导体，其电子导电率及催化活性相对较低。此外，2H-MoSe2是稳固相，而1T-MoSe2是亚稳相，其容易在200度以上变化成稳固的2H-MoSe2。采用溶剂热/水热法直接制备获得的1T-MoSe2结构稳固性差，电子导电率低。同时，行使等离子体辅助硒化法合成具有混合相的(1T-2H)-MoSe2的制备过程复杂且成本高。

图1. 氮掺杂(1T-2H)-MoSe2/TiC-C核壳阵列的相调控及其高效析氢反应机理图

图2. 2H-MoSe₂, 1T-MoSe₂, 和 N-MoSe₂样品在HER中的计算势垒。

最近，海南大学硕士研究生杨帆（论文共统一作）和浙江大学硕士研究生邓盛珏（论文第一作者）将材料计算模仿和实验分析的方法相结合，通过简单的水热和氨气煅烧过程在TiC-C阵列基底上第一次成功实现了MoSe₂的形貌和相调控（1T → 2H → 1T-2H），构建出TiC-C负载的高性能N掺杂（1T-2H）MoSe₂，并实现其高效、稳固的析氢反应。海南大学林仕伟课题组通过第一性原理计算，从原子尺度深入剖析了N掺杂2H-MoSe₂的电子结构、相变化及其对析氢反应的影响规律，提出可能的相变化机制（1T→2H→1T-2H），并揭示了氮原子掺杂位置对材料电子电导率及其析氢服从的作用机理。与纯相1T MoSe₂/TiC-C和2H MoSe₂/TiC-C相比，混合相的N-MoSe₂/TiC-C 阵列具有更小的能垒，更长的H-Se键长，以及更容易形成氢气。该电催化剂在大电流密度下具有较低的过电位（137 mV，100 mA cm^-2）和较小的Tafel斜率（32 mV Dec^-1），显现出了更优秀的电化学性能。 

近年来，林仕伟教授课题组在“海洋能源材料量子设计和计算模仿”方面，与美国Ames国家实验室、中科院物理所、浙江大学和中山大学等开展紧密合作，围绕海洋能源转换材料、可燃冰形成机理及结构稳固性、环境监测传感与净化技术等领域开展研究，在Advanced Materials、Water Research、Chemical Engineering Journal等着名期刊上发表了系列研究成果。 

    原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201802223