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就全球能源需求和環境污染問題而言，氫氣是一種很有前景的清潔能源可以有效地解決能源危機。例如，氫氣可以用作運輸的資源，氨生產中的Haber過程以及燃料電池裝置。雖然氫氣主要是由化石燃料通過蒸汽-甲烷重整、重烴的部分氧化和煤炭氣化產生的，但這類燃料的使用通過排放溫室氣體，如CO₂和CH₄以及能源的消耗，加劇了全球變暖的問題因此，必須開發新的技術，從可持續的資源生產氫氣，而不排放溫室氣體。電解水具有水資源豐富、環境相容性好、可大量生產等優點，是一種很有前景的產氫方法。特別是它可以通過使用可再生能源資源，包括太陽能和風能，以實現能源可持續發展。為了減少電解水的能量消耗，需要高效的電催化劑。鉑（Pt）族貴金屬對陰極析氫反應（HER）具有最佳的催化性能；然而，它們是稀有材料，因此價格昂貴。

基于此，淑明女子大學Kim Soo Min，東國大學Han Young-Kyu和成均館大學Kim Ki Kang（共同通訊）等人報道了1T’Re_xMo_1-xS₂和2H MoS₂之間的空間異質結對催化活性的提高。

線性掃描伏安法中的極化曲線以Gr<2H MoS₂<1T’ReS₂<1T’ReS₂<1T’Re_0.76Mo_0.24S₂ <側向異質結的順序向Pt 參考移動，其Tafel斜率以相同的順序下降。在10 mA cm^-2電流密度和58 mV dec^-1的Tafel斜率下，1T’Re_xMo_1-xS₂-2H MoS₂橫向異質結催化劑達到了-0.084 V的低過電位。此外，在酸性介質中，使用計時電位法（10 mA cm^-2）測試了1T’Re_xMo_1-xS₂-2H MoS₂橫向異質結的穩定性，時間為1800秒。電位在前100秒略有增加，之后幾乎沒有變化，測試結果表明1T’Re_xMo_1-xS₂-2H MoS₂橫向異質結的穩定性。即使加入新的電解質，1T’Re_xMo_1-xS₂-2H MoS₂橫向異質結催化劑在10 mA cm^-2的電流密度下保持其催化活性大于1800秒。1T’Re_xMo_1-xS₂-2H MoS₂橫向異質結催化劑具有良好的穩定性和優越的催化性能是電化學制氫的有希望的候選材料。

此外，電化學阻抗譜也測試和計算了所有樣品的溶液電阻和電荷轉移電阻，1T’Re_xMo_1-xS₂-2H MoS₂橫向異質結催化劑的電荷轉移電阻最低，因此在電化學反應過程中電子轉移更快。因此，電化學阻抗譜分析的結果與HER 性能一致。結果表明，1T’Re_xMo_1-xS₂-2H MoS₂橫向異質結催化劑在所有過渡金屬二硫化物催化劑中具有最好的HER催化性能。

采用密度泛函理論（DFT）計算了異質結結構引起的催化活性變化。氫吸附自由能（ΔG_H*）是評價催化劑HER活性的重要參數。值得注意的是，富Mo異質結（-0.75 eV）的形成能大大低于富Re異質結（-0.06 eV）的形成能。這表明富Mo異質結的形成是非常有利的，具有很高的結構穩定性。1T’Re_0.71Mo_0.29S₂的ΔG_H*從0.25到0.57 eV（平均0.41 eV）強烈受到異質結形成的影響。

有趣的是，富Mo 異質結的ΔG_H*值低于1T’Re_0.71Mo_0.29S₂的ΔG_H*值，最小值為0.07 eV（平均0.26 eV），接近于零。而富Re異質結的S原子表現出更高的最小值為0.38 eV（平均0.65 eV）。富Mo異質結的低 ΔG_H以及結構穩定性，很好地解釋了催化活性增強的原因。

總之，從2H MoS₂到1T′Re_xMo_1?xS₂的電子轉移和1T′Re_xMo_1?xS₂中接近0的ΔG_H*在異質結附近提高了HER性能。在1T′Re_xMo_1?xS₂-2H MoS₂異質結處，形成了結構穩定性高的富Mo異質結，并且隨著費米能級附近態密度的增加和富Mo異質結的最優ΔG_H*的結合，HER性能得到了極大的提高。本文研究結果為設計更高效、更穩定的全解水電催化劑提供了一種新方法。

1T’ RexMo_1-xS₂-2H MoS₂ Lateral Heterojunction for Enhanced Hydrogen Evolution Reaction Performance, Advanced Functional Materials, 2022, DOI：10.1002/adfm.202209572.

https://doi.org/10.1002/adfm.202209572.

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