近日，郭俊杰教授团队在高效电解水析氢方面取得重要进展，在材料领域顶级期刊《Advanced Functional Materials》上发表了题为“Constructing 2D PtSe2/PtCo Heterojunctions by Partial Selenization for Enhanced Hydrogen Evolution”的研究论文。该论文第一署名单位为太原理工大学，第一作者是博士研究生郝兵，通讯作者是新材料界面科学与工程教育部重点实验室郭俊杰教授和刘培植副教授。
氢能作为一种环境友好、能量密度高的绿色能源，是解决能源危机和环境问题的终极方案。高性能析氢反应（HER）电催化剂是推进绿氢开发与应用的关键。虽然二硒化铂（PtSe2）在HER反应中表现出较好的催化潜力，但由于其半导体带隙限制了电子转移，基面催化活性仍不理想。二维异质结的合理设计和制备是提高电催化剂性能的有效策略。本研究采用晶体定向生长和界面工程的策略，通过可控局域硒化PtCo合金纳米片，构筑了具有高电催化活性的PtSe2/PtCo异质结。硒化过程还在纳米片中引入了分布均匀的纳米孔，有效提升了电催化过程中的物质输运。
图1. PtSe2/PtCo异质结构催化剂的合成和显微结构表征
二维PtSe2/PtCo异质结纳米片催化剂的合成工艺和微观结构如图1所示。该催化剂在酸性介质中表现出卓越的析氢电催化活性。电流密度为10 mA cm-2时，其HER过电位低至38 mV，Tafel斜率仅为22 mV dec-1，并且具有优异的持续稳定性和循环稳定性（图2）。该催化剂的性能和商用Pt/C催化剂相当，但Pt含量降低了一半，极大地降低了催化剂的成本。
图2. PtSe2/PtCo异质结构催化剂的电催化性能
密度泛函理论（DFT）计算（图3）进一步确认了催化活性位为PtSe2/PtCo异质结处的Pt原子；异质结的界面极化导致电子从PtSe2向PtCo迁移，构建内建电场，使PtSe2/PtCo异质结的导电性提高，并优化了H*的吸附和脱附。因此，具有优异荷质输运特性的PtSe2/PtCo异质结纳米片表现出卓越的HER电催化性能。
图3 PtSe2/PtCo异质结催化剂的DFT理论计算
本研究为新型高效析氢催化剂的设计和制备提供了一种新的策略，也是利用界面工程调控电催化进程的一个新范例，有助于推进氢能的开发和应用。
本工作得到了国家自然科学基金、山西省自然科学基金、山西省科技创新重点团队等项目的支持，关键数据使用了太原理工大学分析测试与仪器共享中心的设备。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202413916