Récemment, l'équipe de recherche dirigée par le professeur Wang Bin du Centre national des nanosciences et technologies (NCNST) de l'Académie chinoise des sciences a rapporté que les contraintes générées par les bulles de matériaux 2D pourraient bénéficier de l'activité catalytique de la réaction de dégagement d'hydrogène (HER). L'étude a été publiée dans Chem Catalysis .
L’hydrogène vert produit par division électrochimique de l’eau offre la possibilité de parvenir à des processus de production neutres en carbone. Les catalyseurs jouent un rôle crucial en facilitant le HER à l'anode, ce qui en fait un élément clé dans la transition vers un avenir énergétique durable.
Dichalcogénures de métaux de transition (TMD), en particulier MoS2 , ont attiré l'attention sur le remplacement des matériaux à base de platine. Une série de stratégies telles que l'ingénierie des défauts, du dopage, des lacunes et des interfaces ont été mises en œuvre pour améliorer l'activité catalytique du MoS2 plan basal pour le HER.
Cependant, l'influence des microstructures hors plan (telles que les rides ou ondulations, les volutes ou les plis et les bulles) a souvent été négligée, qui existent couramment dans les matériaux 2D en raison de leur flexibilité. Par conséquent, la corrélation entre les sites actifs et les performances testées des catalyseurs est encore discutable, en particulier compte tenu de l'apparition facile d'une morphologie courbe dans les catalyseurs pratiques.
Dans cette étude, l'équipe du professeur Wang, inspirée par les bulles fabriquées via l'approche descendante, a réalisé la personnalisation de bulles avec différentes courbures « sans substrat » aux interfaces entre le MoS2 monocouche. et hBN par une méthode de transfert assistée par gouttelettes.
Les calculs de modélisation par éléments finis (FEM) ont démontré une augmentation progressive de la répartition des contraintes, se déplaçant de la périphérie de la bulle vers son centre. Les grosses bulles peuvent atteindre des niveaux de déformation allant jusqu'à 1,74 %.
La théorie fonctionnelle de la densité (DFT) a montré que ces bulles induisent la formation de contraintes sur MoS2 , qui améliore l'adsorption des protons et la cinétique HER. Par conséquent, il y a eu une augmentation substantielle de l'activité HER, avec des valeurs atteignant 129,65 mA cm -2 . par rapport à 48,11 mA cm -2 à -0,4 V par rapport à une électrode à hydrogène réversible (RHE).
"Notre équipe a découvert une méthode innovante de fabrication de bulles, permettant une personnalisation précise et fournissant un aperçu de l'influence profonde des bulles sur la distribution des contraintes. Les résultats expérimentaux ont montré que le niveau de déformation associé aux bulles plus grosses dépasse les déformations typiques induites par la distorsion du réseau.
"Nous pensons que cette découverte a des implications importantes pour comprendre la relation complexe entre les structures hors plan et les propriétés intrinsèques des matériaux", a déclaré le professeur Wang.
En outre, des études théoriques ont montré que la contrainte apparue dans de telles structures hors plan pourrait ajuster la structure électronique et ainsi ajuster les performances d'adsorption des protons des catalyseurs, ce qui non seulement fournit un catalyseur plus efficace et plus stable pour la production d'énergie hydrogène, mais peut également conduire avancées technologiques dans d'autres domaines connexes.
Plus d'informations : Junjie Xiong et al, Souche dérivée de bulles aux interfaces monocouches MoS2/hBN pour une activité de réaction améliorée de dégagement d'hydrogène, Chem Catalysis (2024). DOI :10.1016/j.checat.2024.100951. www.cell.com/chem-catalysis/ab … 2667-1093(24)00075-7
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
