钒基二氧化物与二硫属化物(VX2)无粘结剂电极在电化学能源生产中的协同催化效应

【编辑推荐】为应对化石能源环境问题，研究人员通过溶剂热法合成VO2/VS2/VSe2/VTe2无粘结剂电极，发现VTe2在HER（析氢反应）和OER（析氧反应）中表现最优（过电位分别低至73 mV和98 mV），为水分解技术提供了高效稳定的非贵金属催化剂解决方案。

　　

随着全球对化石燃料环境问题的日益关注，开发高效、可持续的能源生产技术成为科学界迫切需求。水电解制氢因其零碳排放特性被视为理想解决方案，但传统电解技术受限于HER和OER的高过电位及贵金属催化剂成本。过渡金属硫属化物虽展现出替代潜力，却面临结构不稳定、规模化合成困难等挑战。针对这一瓶颈，广西大学联合团队在《Inorganic Chemistry Communications》发表研究，系统探索了钒基二氧化物与二硫属化物(VX₂, X=O/S/Se/Te)的无粘结剂电极性能。

研究采用溶剂热合成技术，在泡沫镍基底上直接生长纳米结构，结合SEM（扫描电子显微镜）、EDX（能量色散X射线光谱）和电化学测试（CV/EIS/LSV）进行表征，并通过DFT（密度泛函理论）计算验证实验结果。

【结构分析】XRD显示VO₂呈现单斜/金红石双相结构，VS₂/VSe₂/VTe₂为六方相，SEM证实材料在泡沫镍上形成多孔纳米结构，EDX证实元素均匀分布。

【电化学性能】LSV测试表明VTe₂性能最优：HER过电位仅73 mV（Tafel斜率32.74 mV/dec），OER过电位98 mV（Tafel斜率77 mV/dec），EIS证实其具有优异的电荷转移能力。DFT计算揭示VTe₂的d带中心位置优化了中间体吸附能。

该研究创新性地证明钒基硫属化物无需粘结剂即可实现高效催化，VTe₂的双功能特性显著降低水分解能耗。Mudassar Maraj团队通过溶剂热法突破规模化合成瓶颈，为过渡金属催化剂在能源存储（如钠离子电池）和转换领域的应用提供新范式。特别值得注意的是，材料在海水环境中的稳定性（经500次循环容量保持率>90%）为其工业化应用奠定基础，这对推动氢经济具有重要意义。