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劉碧錄/柴國良Small: 2D MoO2/MoS2的空間受限生長，用于堿性電解質(zhì)中高效析氫

基于2D材料的異質(zhì)結(jié)構(gòu)是通過堆疊或拼接單個(gè)2D層以在它們之間創(chuàng)建具有優(yōu)異特性的界面來構(gòu)建的。近日，清華-伯克利深圳研究院劉碧錄和中科院福建物構(gòu)所柴國良等開發(fā)了一種調(diào)整金屬前體濃度的一步CVD方法，以在厘米級襯底上生長大量2D MoO₂/MoS₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并且該材料在堿性條件下具有優(yōu)異的HER性能。

研究人員實(shí)現(xiàn)了2D MoS₂、2D MoO₂和MoO₂/MoS₂垂直異質(zhì)結(jié)構(gòu)的可控生長，其中適當(dāng)?shù)拈g隙距離對于這種可控生長至關(guān)重要。研究人員首先使用橫向力顯微鏡(LFM)來識別MoO₂/MoS₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)中每種材料的位置，MoO₂位于MoS₂之上；拉曼和能量色散光譜(EDS)元素映射證實(shí)了2D MoO₂/MoS₂垂直異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高度均勻性以及通過透射電子顯微鏡(TEM)和XRD證實(shí)了MoO₂/MoS₂材料的高結(jié)晶度。

最重要的是，在超薄MoO₂(金屬)和MoS₂(半導(dǎo)體)之間構(gòu)建的潔凈界面會(huì)導(dǎo)致每個(gè)組分的電子結(jié)構(gòu)不同。

理論計(jì)算結(jié)果表明，電荷在異質(zhì)結(jié)構(gòu)中原子厚度的MoO₂和MoS₂之間的界面處重新分布，這導(dǎo)致 MoO₂/MoS₂異質(zhì)結(jié)構(gòu)在堿性電解質(zhì)中具有高的HER活性，在10 mA cm^-2電流密度下顯示出60 mV的低過電位和47 mV dec^-1的Tafel斜率，超越大多數(shù)最先進(jìn)的Mo基和TMDC基HER催化劑。該研究闡明了可控調(diào)制前驅(qū)體對二維材料及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)生長的重要性，這可用于生長其他二維材料及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)以擴(kuò)展其應(yīng)用。

Space-Confined One-Step Growth of 2D MoO₂/MoS₂ Vertical Heterostructures for Superior Hydrogen Evolution in Alkaline Electrolytes. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202201051

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