近日，中国科学院国家纳米科学中心王斌教授团队报道称，二维材料气泡产生的应变有利于析氢反应(HER)的催化活性。该研究发表在《化学催化》杂志上。
通过电化学水分解产生的绿色氢提供了实现碳中和生产过程的潜力。催化剂在促进阳极发生析氢反应方面发挥着至关重要的作用，使其成为向可持续能源未来过渡的关键组成部分。
过渡金属二硫属化物(TMD)，特别是MoS 2，引起了人们对替代铂基材料的关注。已经实施了一系列策略，例如缺陷、掺杂、空位和界面工程来提高MoS 2基面的HER催化活性。
然而，平面外微结构(例如皱纹或波纹、卷轴或折叠以及气泡)的影响经常被忽视，这些结构由于其灵活性而通常存在于二维材料中。因此，活性位点与催化剂测试性能之间的相关性仍然值得怀疑，特别是考虑到实际催化剂中容易出现弯曲形貌。
在这项研究中，王教授的团队受到自上而下方法制造气泡的启发，通过液滴辅助实现了在单层MoS 2 和六方氮化硼之间的界面处定制具有不同“无基底”曲率的气泡。转移方法。
有限元建模 (FEM) 计算表明应变分布逐渐增加，从气泡的外围向中心移动。大气泡的应变水平可高达 1.74%。
密度泛函理论 (DFT) 表明，这些气泡会诱导 MoS 2上的应变形成，从而增强质子的吸附和 HER 动力学。因此，HER 活性显着提高，与可逆氢电极 (RHE) 相比，-0.4 V 时 HER活性达到 129.65 mA cm -2 ，而 -0.4 V 时为48.11 mA cm -2 。
“我们的团队发现了一种制造气泡的创新方法，可以实现精确定制，并深入了解气泡对应变分布的深远影响。实验结果表明，与较大气泡相关的应变水平超过了典型的晶格畸变引起的应变。
王教授说：“我们相信这一发现对于理解面外结构与固有材料特性之间的复杂关系具有重要意义。”
此外，理论研究表明，这种面外结构中出现的应变可以调节电子结构，从而调节催化剂的质子吸附性能，这不仅为氢能生产提供更高效、更稳定的催化剂，而且可能驱动氢能生产。其他相关领域的技术进步。