一种更环保的方法：利用微波辅助技术合成固定在空心碳球上的镍硒化物，用于碱性溶液中产氢

《Results in Chemistry》：A greener approach: microwave-assisted synthesis of nickel selenides anchored on hollow carbon spheres for hydrogen production in alkaline solutions

本研究采用微波辅助水热法合成NiSe、NiSe?、Ni?Se?、Ni?Se?及其与HCSs的复合材料，在碱性HER中表现出优异性能，过电位低至211 mV，电化学活性表面积提升，电子转移电阻降低，为可持续制氢提供新方法。

　　该研究探讨了一种新的快速、绿色的合成方法，用于制备四种不同的镍硒化物（NiSe、NiSe?、Ni?Se?和Ni?Se?）及其与空心碳球（HCSs）的复合材料，并评估了这些材料在碱性条件下析氢反应（HER）中的催化性能。该研究团队通过微波辅助水热法，在15分钟内成功制备了这些材料，与传统的合成方法相比，这种方法具有显著的优势，如操作简便、能耗低、生产效率高，以及材料的均匀性好等。此外，这种方法还符合可持续发展的目标，对实现清洁和绿色的能源生产具有重要意义。

研究指出，单独的镍硒化物虽然在HER中表现出一定的催化活性，但其性能相较于与HCSs复合的材料仍然有限。HCSs/Ni?Se?复合材料在HER中展现出更优的性能，例如更低的过电位、更小的塔菲尔斜率以及更高的电化学活性表面积。具体而言，HCSs/NiSe在?10 mA/cm2时表现出211 mV的过电位，而纯NiSe的过电位则高达410 mV。塔菲尔斜率是衡量反应动力学的重要指标，HCSs/NiSe的塔菲尔斜率为46 mV/dec，远低于纯NiSe的106 mV/dec，这表明复合材料具有更快的反应动力学。同时，HCSs/NiSe的电化学活性表面积达到85 cm2，而纯NiSe仅为53 cm2，这说明HCSs的引入显著增加了催化活性位点的数量，从而提升了整体催化效率。

HCSs作为一种具有丰富缺陷和高导电性的材料，与镍硒化物复合后，能够促进电子传输，暴露更多的活性位点，并调节界面电子结构。这些特性使得HCSs/Ni?Se?复合材料在碱性HER中表现出卓越的性能。研究团队还通过多种表征手段，如高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS），验证了材料的结构和组成。这些表征结果显示，HCSs与镍硒化物之间存在良好的界面结合，这种结合不仅增强了电子传输能力，还有效抑制了活性位点的失活。

此外，研究还涉及了材料的稳定性测试，结果显示HCSs/Ni?Se?复合材料在14小时的长时间测试中仍能保持稳定的电流密度，表现出良好的耐久性。相比之下，纯镍硒化物在测试初期会出现电流密度的波动，随后逐渐稳定，但整体催化活性仍不及复合材料。HCSs的引入不仅提高了催化活性，还增强了材料在碱性环境下的稳定性，这可能与其表面的高亲水性和快速的氢气气泡释放能力有关。

研究进一步比较了不同合成方法的催化性能，发现微波辅助水热法合成的HCSs/Ni?Se?复合材料在HER性能上优于其他传统方法，如水热法、溶剂热法、化学气相沉积法等。这一发现为未来开发高效的非贵金属催化剂提供了新的思路，同时也为实现可持续的氢能生产提供了技术支持。

通过这些实验和分析，研究团队成功地展示了一种高效、环保的合成方法，能够制备出具有优异催化性能的镍硒化物复合材料。这种材料不仅在碱性HER中表现出色，而且在高温条件下（50°C）其性能进一步提升，显示出更高的反应效率和更低的过电位。这些结果表明，HCSs/Ni?Se?复合材料有望成为未来氢能源技术中的重要组成部分，为实现清洁、可持续的能源解决方案做出贡献。