Adv Funct Mater：MoSe2/Bi2Se3六方纳米片准平面杂化结构的研究

【引言】

可持续清洁能源和高效储能技术的发展近年来受到科学家们的广泛关注。分子氢由于高重力能量密度和环境友好的特性，被认为是未来能够满足能源需求的有效方案。通过电化学还原法分解水来产生氢气，具有高效性和可行性，因而通常需要高效和耐用的电催化剂来使过电势最小化并减少被吸附氢分子的自由能垒（即ΔGH），从而使析氢过程(HER)更容易在热力学和动力学方面进行。最近，有报道称研发了一种新型高效电催化剂——MoSe₂ / Bi₂Se₃六方纳米片，显著提高了MoSe₂电极的HER活性和超级电容器的性能。

【成果简介】

近日，中国科学技术大学杨晴教授(通讯作者)团队在Adv Funct Mater上发布了一篇关于电催化剂的文章，题为“Integrated Quasiplane Heteronanostructures of MoSe₂/Bi₂Se₃Hexagonal Nanosheets: Synergetic Electrocatalytic Water Splitting and Enhanced Supercapacitor Performance”。作者设计出MoSe₂/ Bi₂Se₃杂化的一体化准平面结构，其具有低起始电位、小的Tafel斜率、高电流密度和长期稳定性，表现出优异的析氢反应活性；同时高的比电容、优异的倍率性能和快速的离子扩散显著增强了超级电容器的性能。

【图片导读】

图1 MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体的形态结构表征

(a-b) 低倍和高倍的SEM图像；

(c-d) 样品TEM图像;

(e-f) MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体的高分辨率透射电镜图像；

(g) 样品的选区电子衍射(SAED)图像；

(h) HAADF-STEM图像和单个MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体的相应EDX映射图像。

图2 样品的X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱检测

(a) MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体和纯MoSe₂的XPS图；

(b) MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体和纯Bi₂Se₃的XPS图;

(c) MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体、纯MoSe₂和纯Bi₂Se₃的拉曼光谱图。

图3 MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体紫外光电子能谱图

(a) MoSe₂的UPS谱图，接近费米能级和价带最大值；

(b-c) Bi₂Se₃和MoSe₂ UPS谱图的起始水平;

(d) Bi₂Se₃和MoSe₂的能带示意图。

图4 MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体的HER活性

(a) 极化曲线；

(b) Tafel斜率;

(c) MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体的尼奎斯特图；

(d) MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体在恒定过电位下的计时电流曲线。

图5 MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体的超级电容器性能

(a) 样品的循环伏安法(CV)曲线；

(b-c) 样品的恒电流充放电(GCD)曲线;

(d) MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体、纯MoSe₂和纯Bi₂Se₃放电电容与电流密度；

(e) 纯Bi₂Se₃，MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体和纯MoSe₂电极的EIS谱；

(f) MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体循环性能和GCD曲线。

【小结】

这篇文章通过热注入工艺设计并开发了一种具有异质结构的新型MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化材料。研究结果表明，XRD图谱、EDX谱图、TEM、SEM和HRTEM图像确定了MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体的结构、组成和形态，而HAADF-STEM图像和相应的EDX图揭示了MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体中元素的分布并且证实了MoSe₂纳米片均匀地生长在六方晶Bi2Se3纳米片基底的整个表面上。此外，XPS和UPS谱显示了在杂交体系中存在电子调控，这证实了MoSe₂ / Bi₂Se₃杂化体具有更易于获得的氧化还原活性位点，相对较大的有效表面积和更好的电子传输能力，因此呈现更强的电化学性能。

文献链接：Integrated Quasiplane Heteronanostructures of MoSe₂/Bi₂Se₃ Hexagonal Nanosheets: Synergetic Electrocatalytic Water Splitting and Enhanced Supercapacitor Performance   (Adv. Funct. Mater, 2 November, 2017 , DOI: 10.1002/adfm.201703864）
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