▲第一作者：赵元萌，从恒将，李朋 ；通讯作者：罗威
通讯单位：武汉大学化学与分子科学学院
论文DOI：10.1002/anie.202016207
on style="white-space: normal;">作者通过胶体合成方法首次成功地制备了六方相RuSe2纳米片（h-RuSe2），并将其用于碱性和中性电催化产氢（HER）。原子分辨率透射电子显微镜证实，在h-RuSe2纳米片中可以同时观察到2H和1T相。此外，h-RuSe2在高温退火时，会发生向热稳定相——立方相RuSe2（c-RuSe2）纳米颗粒的相转变。进一步将h-RuSe2用于HER反应，其反应活性远高于c-RuSe2，甚至可以达到类Pt的HER活性。层状过渡金属硫属化合物纳米材料（TMDs），如MoS2和MoSe2等，以其独特的性能及其在电子、光电探测器、晶体管和电催化产氢（HER）等方面的潜在应用而备受关注。尽管已经有很多方法致力于制备不同组分和不同相的TMDs，目前层状TMDs的研究仍主要集中在元素周期表4到8族的金属。由于缺乏有效的合成方法，直到现在，六方相RuSe2尚未有实验报道。作者采用胶体合成方法——一种反应条件较温和的方法成功地合成了六方相的RuSe2纳米片（h-RuSe2）。该h-RuSe2是2H和1T相RuSe2的混合物。h-RuSe2在高温退火时，会发生相转变，变为热稳定相立方相RuSe2（c-RuSe2）纳米颗粒。实验探究了六方相RuSe2和立方相RuSe2在碱性和中性HER过程中的催化性能。同时结合DFT计算，解释了六方相RuSe2比立方相RuSe2催化性能优异的原因。要点1. 如图（1）所示，原子分辨率透射电子显微镜证实，在h-RuSe2纳米片中可以同时观察到2H和1T相。要点2. 如图（2）所示，h-RuSe2经过高温煅烧，会发生相转变，变为热稳定相c-RuSe2纳米颗粒。这与理论计算的结果立方相RuSe2的形成能比六方相更低一致。▲图（2）. 相转变过程中的X射线衍射（XRD）图谱和立方相RuSe2的电镜图。
要点3. 如图（3）所示，将h-RuSe2用于HER反应，在1.0 M KOH中，当电流密度达到10 mA cm-2时，其过电势为34 mV，表现出类Pt的HER活性（30 mV），远低于此电流密度下c-RuSe2的过电势（100 mV）。且其转换频率（TOF）在50 mV过电势下可以达到0.34 s-1, 大约是c-RuSe2（0.07 s-1）的5倍。要点4. 如图（4）所示，结合DFT计算结果，作者认为六方相RuSe2具有比立方相RuSe2更高的HER活性是由于：（2）六方相RuSe2具有更强的吸附水吉布斯自由能（ΔGH2O*），这将加速Volmer步，从而有助于提高HER活性；（3）六方相RuSe2具有更优的吸附氢吉布斯自由能（ΔGH*）。该研究成功地通过简单的胶体合成法制备了六方相RuSe2纳米片。进一步将h-RuSe2用于HER反应，其反应活性远高于c-RuSe2，甚至可以达到类Pt的HER活性。该工作是拓展层状TMDs家族的重要一步，从而为高性能的HER层状TMDs催化剂的合理设计和合成开辟了新途径。
