因此,电子难以穿透vdW层并从收集器持续注入或收集到表面位点,阻碍了反应动力学并降低整体活性。基于此,增强垂直电荷转移动力学预计将有助于在克服TMDCs对HER的内在限制方面取得突破。
近日,华中科技大学翟天佑、刘友文和安徽师范大学卢宁等提出了一种用离域电子填充vdW层以提高垂直导电性和激活基面的策略。密度泛函理论(DFT)表明,当Cu被限制在TMDCs的层间时,它的d轨道电子,特别是dzz和dxz轨道电子会离域,从而成为促进层间电子快速传导的导电通道。基于此,研究人员通过化学插层的方法制备了Cu-TaS2杂化材料,在Cu插层后,TaS2基面的ΔGH*从−0.135降低到0.023 eV。此外,原子力显微镜和电子测量证实了该材料优异的垂直导电性,与TaS2相比增加了2个数量级。
研究人员制备了一系列基于Cu-TaS2材料的独立底部接触器件,并获取了它们的HER性能,以验证该策略的通用性。结果显示,这些器件的过电位和Tafel斜率的改善,这证明了Cu插层对HER性能的有效改善。同时进行了计时电流测定实验,Cu-TaS2杂化体的反应电流保持超过45分钟,且反应后材料的拉曼光谱中的峰没有变化,证实了Cu插层结构的稳定性。 总的来说,该项工作证实了垂直电荷转移可以打破层依赖性电催化剂对HER的内在限制,可能为电催化剂设计提供了新思路。Interlayer delocalized electrons activate basal plane for ultrahigh-current-density hydrogen evolution. Nano Letters, 2024.