硼烯增强MoSe2电催化析氢反应活性：原位与反应后机制研究

本文推荐研究人员通过构建MoSe2/硼烯（B）二维异质结复合材料，解决了传统析氢反应（HER）催化剂成本高、活性不足的问题。该研究采用球磨法制备的复合材料在10 mA/cm2电流密度下过电位仅为220 mV，塔菲尔斜率62 mV/dec，并通过原位拉曼揭示了2H与1T相MoSe2的协同作用机制，为开发高效非贵金属电催化剂提供了新策略。

　　

在全球能源转型的背景下，氢能因其零碳排放特性被视为化石燃料的理想替代品。然而，当前电解水制氢技术仍受限于贵金属催化剂（如铂）的高成本和稀缺性。虽然过渡金属二硫属化物（TMDCs）如二硒化钼（MoSe₂）展现出潜力，但其导电性差、活性位点有限的缺陷严重制约了实际应用。如何通过材料设计突破这些瓶颈，成为清洁能源领域的关键科学问题。

为应对这一挑战，来自波兰的研究团队创新性地将新兴二维材料硼烯（borophene）与MoSe₂复合，在《Materials》发表了突破性研究成果。他们采用行星式球磨法一步构建了MoSe₂/B异质结构，通过系统的原位和反应后分析，揭示了该材料卓越的析氢反应（HER）活性和独特的作用机制。

研究主要运用了四项关键技术：球磨法制备二维异质结、电化学工作站三电极体系测试、原位拉曼光谱实时监测反应过程，以及高分辨透射电镜（TEM）结合X射线光电子能谱（XPS）的表征方法。这些技术协同揭示了材料的结构-性能关系。

【材料与方法】章节显示，研究人员通过优化球磨参数（450 rpm，6小时间歇研磨）制备了不同比例的MoSe₂/B复合材料。电化学测试采用汞硫酸参比电极体系，在0.5 M H₂SO₄电解液中评估性能。

【结果与讨论】部分呈现了三大发现：

1. 结构表征证实成功构建了厚度3.07 nm的2D/2D异质结，XRD显示硼烯的（021）晶面间距0.47 nm与MoSe₂的（002）晶面0.64 nm共存，EDX图谱显示元素梯度分布。
2. 电化学性能突破体现在220 mV的低过电位，较纯MoSe₂（476 mV）和硼烯（894 mV）显著提升。电化学阻抗谱显示复合体电阻仅4.21 Ω，活性表面积达192 cm²。
3. 机理研究通过原位拉曼发现：在-0.6 V以下时1T相MoSe₂主导反应，而更高电压下2H相活性增强；XPS证实反应后B₂O₃消失，表明界面硼物种通过形成缺陷促进催化。

【结论】部分强调，这项工作不仅开发出性能媲美贵金属的廉价催化剂，更通过多尺度表征阐明了"相变-界面"协同机制：硼烯不仅提高导电性，其氧化产物B₂O₃还通过表面修饰创造更多活性位点。该研究为设计新一代能源材料提供了理论依据和技术路线，推动绿色制氢技术向工业化迈进。

值得注意的是，材料在20小时稳定性测试中保持良好，且在50 mA/cm²高电流密度下仍表现稳定。这种"金属免费"（metal-free）的设计理念，对降低可再生能源系统的成本具有重要战略意义。