二維層狀過渡金屬二硫化物(TMDCs)的原子厚度不同于三維固相，因此具有優異的光學、電學、機械和化學性能。因此，它們在基礎科學研究和下一代光子、電子、催化、傳感器和其他設備的開發中具有巨大的應用潛力。二維半導體TMDCs(如MoS₂和WS₂)可作為析氫反應(HER)的電催化劑。

然而，相對較低的導電性和有限的催化活性位點顯著降低了其HER性能，使得上述大多數的TMDCs的HER性能仍不能與Pt基催化劑競爭，并且上述大多數催化劑還存在載流子遷移率相對較低，光譜響應主要集中在可見區域等問題，這也進一步限制了其在電學和光學中的應用。

基于此，清華大學朱宏偉等人提出了一種簡單的化學氣相沉積合成方法，用于在金箔上合成高質量的1T-PtSe₂超薄帶，使其易于應用。

本文將單層的1T-PtSe₂帶/Au直接作為電催化劑。前期研究表明，PtSe₂的1T邊的H原子自由能與氣相中的H₂或H⁺的自由能最接近，因此催化活性位點主要位于1T-PtSe₂。此外，Se空位可以捕獲局域電子并活化最近的Pt原子，從而提高PtSe₂催化劑的催化能力。本文的電化學測試結果表明，隨著覆蓋率和邊緣密度的增加，本文的催化劑的HER性能的確顯著提高。

當本文選取陰極電流密度為10 mA cm^-2時的過電位作為性能指標，繪制過電位與覆蓋率和邊緣密度的散點圖并直線擬合后可以發現，催化劑的催化性能與邊緣密度有很強的相關性，這一結果表明，邊緣密度是影響催化劑催化性能的直接因素，即邊緣催化活性明顯優于基面。

值得注意的是，當電流密度為10 mA cm^-2和100 mA cm^-2時，與其他PtSe₂基催化劑進行比較，本文的PtSe₂帶的HER性能明顯優于PtSe₂納米片和PtSe₂薄膜，這明顯得益于帶中豐富的邊緣。此外，本文還根據線性掃描伏安(LSV)曲線得到了制備的催化劑的Tafel斜率，并與金箔和商業Pt進行對比。對于20、30、50-PtSe₂帶和Pt電極，根據Tafel方程擬合的Tafel曲線線性部分的Tafel斜率分別為39.8≈43.6和31.4 mV dec^-1，這反映了PtSe₂帶的HER遵循Volmer-Tafel機制。

根據前期研究結果的啟發，本文對單層1T-PtSe₂進行了密度泛函理論(DFT)計算，以確定催化劑的催化活性位點。結果表明，單層1T-PtSe₂基面、扶手椅型邊緣和基面中的Se空位的H吸附吉布斯自由能(ΔG_H*)分別為1.122、-0.449和0.258 eV。扶手椅型邊緣和空位的ΔG_H*絕對值較低，這表明1T-PtSe₂帶的催化活性位點主要位于邊緣，并且在基面中引入Se空位可以用來提高催化劑的催化劑性能。

總之，二維PtSe₂具有優異的層間電性能和對析氫反應的高催化活性，是研究結構-活性關系的理想體系。本文的理論和實驗結果證實，這些超薄的1T-PtSe₂帶具有豐富的催化位點，可以作為理想的電催化劑。本文的工作提供了對PtSe₂帶的形態和結構的清晰理解，為功能型二維PtSe₂的制備和高性能二維HER催化劑的合理設計和性能調控開辟了新的可能性。

Large-Scale, Controllable Synthesis of Ultrathin Platinum Diselenide Ribbons for Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution, Advanced Functional Materials, 2023, DOI: 10.1002/adfm.202300376.

https://doi.org/10.1002/adfm.202300376.