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?ACS Nano：雙功能單層WSe2/石墨烯自縫合異質(zhì)結(jié)，在中性介質(zhì)中高效全水分解

電化學(xué)水分解是一項(xiàng)有前景和可行的技術(shù)，可用于生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的清潔氫能源。然而，由于不利的pH環(huán)境，當(dāng)HER和OER電極在相同的電解質(zhì)中進(jìn)行整體水分解時(shí)，這些催化劑可能具有較差的活性或穩(wěn)定性。雙功能催化劑的構(gòu)建可以在單一電解質(zhì)中同時(shí)催化HER和OER，然而電解質(zhì)的酸或堿性較強(qiáng)會(huì)對(duì)電極造成腐蝕。因此，開(kāi)發(fā)中性介質(zhì)中雙功能電催化劑以避免電極或催化劑在惡劣環(huán)境中的腐蝕具有重要意義。

基于此，臺(tái)灣大學(xué)陳俊維和臺(tái)灣清華大學(xué)邱博文等制備了一種雙功能WSe₂/石墨烯異質(zhì)結(jié)催化劑，用于在中性介質(zhì)(pH=7)中進(jìn)行有效的全水分解。通過(guò)金屬Cr摻雜與2D ML WSe₂縫合接觸的石墨烯協(xié)同原子生長(zhǎng)，雙功能Cr摻雜WSe₂/石墨烯異質(zhì)結(jié)在中性介質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)異的整體水分解性能。

研究發(fā)現(xiàn)，金屬Cr原子在WSe₂上的原子摻雜可以有效地促進(jìn)固液界面的電荷轉(zhuǎn)移；與二維WSe₂催化劑縫合接觸的石墨烯的直接生長(zhǎng)進(jìn)一步提高了雙功能催化劑的整體分解水效率。

將雙功能Cr摻雜WSe₂/石墨烯異質(zhì)結(jié)用于HER和OER。與具有金接觸的Cr摻雜WSe₂相比，Cr摻雜WSe₂/石墨烯異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出改善的性能，在10 mA cm^-2電流密度下的電池電壓降低310 mV。通過(guò)后處理和直接生長(zhǎng)技術(shù)對(duì)摻雜和縫合接觸進(jìn)行協(xié)同原子工程，在中性條件下，雙功能Cr摻雜WSe₂/石墨烯異質(zhì)結(jié)的電池電壓在10 mA cm^-2下顯著降低了980 mV。總的來(lái)說(shuō)，石墨烯/TMD自縫合異質(zhì)結(jié)為探索新型二維催化劑的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理提供了一個(gè)理想的平臺(tái)。

Bifunctional Monolayer WSe₂/Graphene Self-Stitching Heterojunction Microreactors for Efficient Overall Water Splitting in Neutral Medium. ACS Nano, 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c05986

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