二維二硒化鉬及其混合體在氫氣生成中的應用

氫氣（H₂）因其零碳排放而成為傳統化石燃料的綠色和經濟替代品。二維二硒化鉬（MoSe₂）由於具有較低的H₂吸附吉布斯自由能和良好的導電在H₂生成中具有重要的應用。開發高效的氫氣演化反應（HER）催化劑對於經濟的綠色H₂生產是很有意義的。

二維過渡金屬二氯化物（TMDCs）被認為是貴金屬H₂生成催化劑的優秀替代品。在其他TMDCs中，二維二硒化鉬由於具有較低的H₂吸附吉布斯自由能、良好的導電性和更高的金屬性而受到青睞。此外，通過簡單的合成策略，MoSe₂的物理化學和電子特性可以很容易地被定制以適應HER應用。

（圖片來源：Muhammad B. Wazir/ACS Omega）

在此，近期一項發表在ACS Omega 2022, 7, 16856-16865的研究回顧了二維MoSe₂在電催化HER中的應用，重點介紹了通過納米結構設計、相變、缺陷工程、摻雜和形成異質結構來調控MoSe₂特性的最新進展情況。文章還討論了二維MoSe₂在光催化HER中作為一種共催化劑的作用。

這項文章題為“Review on 2D Molybdenum Diselenide (MoSe₂) and Its Hybrids for Green Hydrogen (H₂) Generation Applications”的研究主要由Muhammad B. Wazir, Muhammad Daud, Soma Safeer, Faisal Almarzooqi和Ahsanulhaq Qurashid等人開展。

MoSe₂具有像MoS₂一樣的二維晶格結構，其中單層納米結構是由夾在兩層Se原子之間的一層Mo原子組成的。幾層結構是由幾個單層之間微弱的範德瓦爾斯層間相互作用形成的。MoSe₂可以作為具有三棱柱幾何形狀的半導電2H相或具有八面體幾何形狀的金屬1T相而存在。由於Se比S更具金屬性，MoSe₂比MoS₂表現出更高的導電性。然而，金屬1T相在熱力學上是不穩定的，可以很容易地轉化為2H相。

由於MoSe₂相對較低的電導率、不活躍的基底面以及合成過程中納米片的聚集限制了它的應用。幸運的是，MoSe₂的物理化學和電子特性可以很容易地通過簡單的技術進行定制，以適應HER的需要。研究人員通過增加活性位點的數量、改善導電性、穩定性和增強形態等策略，充分暴露了二維MoSe₂的活性位點進而有效提高HER性能。

（圖片來源：Muhammad B. Wazir/ACS Omega）

2D二硒化鉬的2H→1T相變增強了電導率，並啟動了基底面，從而提高了HER的性能。納米結構設計也是充分利用二維MoSe₂優越的HER潛力的一個重要工具。形成具有增強形態和暴露活性位點的納米片和納米片可以提高整體性能。此外，碳質材料也可以通過氮摻雜來啟動HER。然而，合成網格狀結構的MoSe₂仍然具有挑戰性。此外，應追求MoSe₂基催化劑的綠色合成，使氫氣的生成完全符合綠色標準。

總之，MoSe₂在光催化和光催化HER中也充當了良好的助催化劑。通過相變、缺陷工程、摻雜和其他用於電催化HER的技術，可以進一步提高二維二硒化鉬作為光催化氫氣生成中的電子輸出者的活性。此外，構建和實驗調查MoSe₂的直接方案光催化劑是一個新的探索途徑，可能會在整體水分離方面產生較好的結果。

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