Catalyseurs d'évolution d'hydrogène améliorés : nanostructures hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄ à activité électrocatalytique supérieure

Résumé

La combinaison de MoSe₂ avec d'autres dichalcogénures de métaux de transition pour former une nanostructure hybride est une voie efficace pour améliorer les activités électrocatalytiques pour la réaction d'évolution d'hydrogène (HER). Dans cette étude, des nanoélectrocatalyseurs hybrides MoSe₂-Ni₃Se₄ à morphologie fleur-like sont synthétisés par une approche en solution induite par germes. Au lieu de nucléer indépendamment pour former des nanocristaux séparés, le composant Ni₃Se₄ a tendance à nucléer et croître sur les surfaces de nanofeuilles ultraminces de MoSe₂ pour former une nanostructure hybride. Des nanoélectrocatalyseurs hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄ avec différents rapports Mo:Ni sont préparés et leurs activités catalytiques HER sont comparées. Les résultats montrent que les activités HER sont affectées par les rapports Mo:Ni. En comparaison avec le MoSe₂ pur, les nanoélectrocatalyseurs hybrides MoSe₂-Ni₃Se₄ ayant un rapport molaire Mo:Ni de 2:1 présentent des propriétés HER améliorées avec une surtension de 203 mV à 10 mA/cm² et une pente de Tafel de 57 mV par décade. Une conductivité améliorée et des fréquences de rotation (TOF) augmentées sont également observées pour les échantillons hybrides MoSe₂-Ni₃Se₄.

Introduction

Les combustibles fossiles traditionnels sont les principales sources d'énergie dans notre société ; cependant, ils sont non renouvelables et non durables, et causent une pollution grave de l'environnement. Parmi les énergies alternatives, l'énergie hydrogène a été considérée comme l'une des énergies propres les plus prometteuses en raison de sa densité d'énergie ultra-élevée. Jusqu'à présent, la production à grande échelle d'hydrogène provient encore principalement de sources fossiles. La gazéification du charbon et le reformage du méthane à la vapeur produisent industriellement 95 % de l'hydrogène. La réaction d'évolution d'hydrogène (HER) a été considérée comme une voie prometteuse pour générer de l'hydrogène de haute pureté. Cependant, les meilleurs électrocatalyseurs pour l'HER en milieu acide sont encore basés sur le Pt et d'autres matériaux à base de métaux nobles. En raison de leur rareté et de leur coût élevé, les matériaux à base de Pt ne conviennent pas pour être appliqués dans l'évolution d'hydrogène à grande échelle. Les dichalcogénures de métaux de transition (TMD), comme MoS₂, MoSe₂, WS₂ et WSe₂, ont reçu une attention intensive en raison de leurs excellentes propriétés électrochimiques et de leur nature abondante dans la croûte terrestre. En tant que matériau semiconducteur TMD typique à couches, le MoSe₂ a une structure similaire au graphite, et est formé par des couches Se–Mo–Se liées via des forces de van der Waals. De plus, le MoSe₂ est plus métallique que le MoS₂, et a une énergie libre de Gibbs d'adsorption d'hydrogène sur le bord du MoSe₂ plus faible que le MoS₂, ce qui conduit à une adsorption d'hydrogène plus élevée. Pour cette raison, le MoSe₂ et ses hybrides ont capté beaucoup d'attention en tant qu'électrocatalyseurs pour l'HER.

Il est bien connu que seuls les sites actifs sont efficaces pour l'HER. Pour les nanostructures bidimensionnelles en couches comme les nanofeuilles TMD, les sites actifs pour l'HER sont situés le long des bords des nanofeuilles, tandis que les surfaces basales sont inertes. La conductivité des électrocatalyseurs est aussi un enjeu important pour l'HER. En tant que semi-conducteur, la faible capacité de transport d'électrons du MoSe₂ comparé aux métaux nobles limite encore sa performance dans l'HER. Par conséquent, les stratégies générales pour améliorer l'activité des catalyseurs TMD sont d'améliorer la conductivité électrique et d'augmenter le nombre de sites actifs. Parallèlement, la conception de structures hybrides en intégrant différents types de matériaux semiconducteurs, surtout les TMD avec une orientation préférée, est considérée comme une approche importante pour ajuster les propriétés électroniques des matériaux semiconducteurs. Les nanostructures hybrides avec des hétérointerfaces efficaces peuvent favoriser un transfert de charge interfacial rapide, ce qui est crucial pour les réactions électrochimiques. De plus, il est bien connu que trois étapes élémentaires, c.-à-d. adsorption, réduction et désorption, sont requises pour générer de l'hydrogène pendant les réactions électrochimiques. L'une des supériorités des matériaux hybrides composant de différents composants chimiques est qu'ils peuvent franchir la limitation que de nombreux catalyseurs à composant unique ne sont pas efficaces pour les trois processus de réaction intermédiaires. Récemment, certains chercheurs ont intégré des catalyseurs à base de Ni avec le MoSe₂ dans diverses morphologies en utilisant différentes méthodes pour atteindre des performances HER améliorées. La combinaison de MoSe₂ avec des sélénures de Ni pour former une structure hybride peut utiliser l'effet synergique qui découle de l'interaction entre deux composants hétérogènes pour atteindre une activité électrocatalytique améliorée. Par exemple, un calcul DFT a indiqué que le MoS₂(₁₋ₓ)Se₂ₓ/NiSe₂ avait une énergie libre d'adsorption d'hydrogène beaucoup plus faible sur les plans (100) et (110) que le MoS₂(₁₋ₓ)Se₂ₓ pur, ce qui pourrait résulter en une couverture plus élevée d'hydrogène sur les sites actifs et donc atteindre des performances électrocatalytiques exceptionnelles.

Ici, nous tentons de préparer des nanoélectrocatalyseurs hybrides en faisant croître du Ni₃Se₄ sur les surfaces de germes de MoSe₂ fleur-like qui sont synthétisés via une méthode colloïdale rapportée dans notre étude précédente. Une telle approche de croissance induite par germes offre un moyen facile de construire diverses nanostructures hybrides TMD. La raison pour laquelle nous sélectionnons Ni₃Se₄ comme composant hybride est que Ni₃Se₄ a une conductivité électrique plus élevée que les autres sélénures de Ni. Afin d'étudier les influences de Ni₃Se₄ sur l'activité du catalyseur et trouver le meilleur ratio de composition, nous avons systématiquement modulé le contenu de Ni₃Se₄ et MoSe₂, et avons trouvé que l'incorporation d'un contenu modéré de Ni₃Se₄ dans les systèmes hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄ peut améliorer les performances HER. Nos résultats suggèrent que la construction d'une nanostructure hybride de MoSe₂–Ni₃Se₄ est une approche efficace pour améliorer les performances HER du MoSe₂ pur.

Méthodes/Expérimental

Synthèse des nanoélectrocatalyseurs hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄

La synthèse des nanoélectrocatalyseurs hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄ impliquait deux étapes. Dans la première étape, les germes de MoSe₂ ont été synthétisés selon la méthode rapportée dans notre étude précédente. Brièvement, 10 mL d'acide oléique (AO, 85 %, Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd.) et 0,4 mmol d'hexacarbonyle de molybdène (Mo(CO)₆, 98 %, J&K Scientific Ltd.) ont été mélangés et chauffés lentement jusqu'à 85 °C dans du gaz argon. Par la suite, la température de la solution mélangée a été augmentée à 200 °C et 6,7 mL de solution pré-préparée contenant du 1-octadécène (ODE, 90 %, Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd.) et du Se (99,999 %, J&K Scientific Ltd.) avec une concentration de Se de 0,15 mmol/mL a été injectée dans la solution de réaction en utilisant une vitesse d'injection de 0,5 mL/min. Lorsque l'injection était terminée, la réaction a été maintenue pendant 30 min supplémentaires pour générer les germes de MoSe₂. Dans l'étape suivante, la température de réaction a été augmentée à 300 °C, et un mélange de 3,3 mL de solution d'ODE et Se, et d'acétylacétonate de nickel(II) (Ni(acac)₂, 0,2 mmol, 96 %, J&K Scientific Ltd.) a été injecté dans les mélanges de réaction et maintenu à 300 °C pendant 30 min. Après refroidissement à température ambiante, les produits de réaction ont été lavés avec de l'éthanol et de l'hexane, puis séchés à température ambiante. L'échantillon synthétisé a été étiqueté comme Mo2Ni1, dénotant que le rapport molaire Mo:Ni dans les échantillons hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄ est de 2:1. D'autres échantillons nanohybrides MoSe₂–Ni₃Se₄ avec différents rapports Mo vers Ni ont été synthétisés en utilisant la même procédure sauf que différentes quantités de mélanges de sources Ni et Se ont été ajoutées dans la réaction.

Caractérisation

La phase cristalline a été caractérisée en utilisant un diffractomètre à rayons X (Bruker D8-Advance). Les images de microscopie électronique à transmission (TEM) ont été obtenues en utilisant un microscope électronique à transmission JEM-2100. L'imagerie à champ sombre annulaire à haut angle (HAADF) et la cartographie élémentaire correspondante ont été réalisées avec un microscope électronique à transmission TECNAI F-30. Les images de microscopie électronique à balayage (MEB) ont été acquises en utilisant un microscope électronique à balayage SU-70. Les données de spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS) ont été obtenues via un spectromètre (PHI QUANTUM 2000) avec une source Al Kα.

Tests électrochimiques

Les tests électrochimiques ont été conduits dans un système de test standard contenant une électrode de référence Ag/AgCl, une électrode contrepoids en graphite et une électrode de travail en carbone vitreux qui étaient connectés à une station de travail électrochimique Autolab 302N utilisant H₂SO₄ (0,5 M) comme électrolyte. Pour préparer l'encre d'électrocatalyseur, les électrocatalyseurs synthétisés (4 mg), noir de carbone Ketjenblack (0,5 mg) et solution Nafion (30 μL) ont été mélangés avec une solution éthanol-eau (1 mL) avec une teneur en éthanol de 20 vol%. Les mélanges ont ensuite été soniqués pendant 30 min. Finalement, 5 μL d'encre (contenant environ 20 μg d'électrocatalyseurs) a été déposé sur l'électrode de carbone vitreux pour former un film qui avait un chargement d'environ 0,286 mg/cm² et séché à température ambiante. Les courbes de polarisation ont été obtenues en utilisant un taux de balayage de 2 mV s⁻¹ à 25 °C de 0,2 à −0,6 V (versus électrode à hydrogène réversible (RHE)). Les données de spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) ont été obtenues à des fréquences variant de 0,01 Hz à 100 kHz à –260 mV. Le test de voltampérométrie cyclique (CV) a été effectué pour obtenir la capacitance de double couche (potentiel non faradique) de 0,1 à 0,2 mV et pour calculer la surface efficace de l'électrode.

Résultats et discussion

La synthèse des nanoélectrocatalyseurs hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄ est basée sur une stratégie induite par germes dans laquelle le Ni₃Se₄ à l'échelle nanométrique croît in situ sur les germes de MoSe₂ préformés (Fig. 1). Dans la première étape, les germes de MoSe₂ ont été synthétisés via la réaction entre le précurseur de Mo (Mo(CO)₆) et le Se en présence d'AO dans l'ODE à 200 °C, dans laquelle processus des nanofeuilles ultraminces de MoSe₂ qui se sont formées pendant le processus de chauffage ont été davantage auto-assemblées en particules de MoSe₂ fleur-like. La morphologie fleur-like avec une grande surface peut faciliter la dispersion et l'interaction intime du second composant. Après que la température a atteint 300 °C, la solution contenant Ni(acac)₂ et ODE-Se a été rapidement injectée dans les mélanges de réaction chauds contenant les germes de MoSe₂. À ce stade, le Ni₃Se₄ nucléé et croît sur la surface des nanofeuilles de MoSe₂ pour former des nanostructures hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄. Cette stratégie synthétique facile est efficace pour la synthèse de nanoélectrocatalyseurs hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄ avec différents rapports Mo:Ni sous des conditions expérimentales similaires et peut être employée pour construire d'autres nanoélectrocatalyseurs hybrides basés sur MoSe₂.

La Fig. 2 compare les diagrammes XRD du MoSe₂ pur et des échantillons hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄. Les pics de diffraction de l'échantillon de MoSe₂ pur sont en accord avec le MoSe₂ hexagonal (PDF# 29-0914) tandis que les échantillons hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄ avec différents rapports Mo:Ni exhibent les pics combinatoires de MoSe₂ hexagonal et de Ni₃Se₄ monoclinique (PDF# 13-0300). À mesure que le contenu de précurseur Ni ajouté augmente, l'intensité des pics de Ni₃Se₄ dans les diagrammes XRD augmente aussi, ce qui indique que la concentration de Ni₃Se₄ dans les nanoélectrocatalyseurs hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄ augmente aussi. Par conséquent, le contenu de Ni₃Se₄ dans les nanoélectrocatalyseurs hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄ peut être ajusté en contrôlant le contenu de précurseur Ni ajouté. Les analyses SAED (Fichier additionnel 1: Figure S1) révèlent aussi la coexistence de MoSe₂ hexagonal et de Ni₃Se₄ monoclinique, ce qui confirme les résultats XRD. À mesure que le contenu de précurseur Ni ajouté augmente, les anneaux de diffraction appartenant à Ni₃Se₄ deviennent aussi proéminents, démontrant que le contenu relatif du composant Ni₃Se₄ dans les nanoélectrocatalyseurs hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄ augmente aussi.

La morphologie des échantillons préparés a été analysée par MEB et TEM. Le MoSe₂ pur possède une morphologie fleur-like qui a une taille variant de 100 à 200 nm (Fichier additionnel 1: Figure S2). En incorporant Ni₃Se₄, on peut distinctement voir que les pétales des nano-fleurs commencent à devenir plus épais (Fig. 3), et la morphologie fleur-like tend à disparaître progressivement avec l'augmentation du contenu de Ni₃Se₄. Les analyses TEM à haute résolution (HRTEM) (Fig. 4a, b) sur l'échantillon Mo2Ni1 révèlent deux types de franges de réseau évidentes : celle ayant un espacement interplan de 0,64 nm correspond au plan (002) de MoSe₂, et celle avec un espacement interplan de 0,27 nm correspond bien au plan (−112) de Ni₃Se₄. Le résultat confirme la présence des deux composants MoSe₂ et Ni₃Se₄ dans une nanostructure hybride, et les surfaces principales des pétales de nano-fleurs sont constituées par les facettes {001} de MoSe₂. De plus, les deux franges de réseau différentes sont approximativement parallèles, indiquant que Ni₃Se₄ peut croître sur les facettes {001} de MoSe₂ le long de l'axe c de MoSe₂.

La spectroscopie X à dispersion d'énergie (EDS) cartographies élémentaires avec l'image HAADF (Fig. 4d–f) confirment la présence de Se, Ni et Mo. Cependant, la distribution spatiale de Mo et Ni est légèrement différente. Le Mo est principalement distribué homogènement dans la nano-fleur, tandis que le Ni a tendance à se concentrer près des pétales de la nano-fleur, ce qui indique que Ni₃Se₄ devrait croître sur les pétales de MoSe₂. Le recouvrement de couches plus épaisses de Ni₃Se₄ sur le MoSe₂ peut bloquer les sites actifs de MoSe₂ et mène éventuellement à des performances HER déclinées. Outre la quantité injectée de sources Ni et Se, le taux d'injection affecte aussi la morphologie de la nanostructure hybride MoSe₂–Ni₃Se₄. Lorsqu'un taux d'injection plus petit (1,65 mL/min) de sources Ni et Se a été utilisé, les produits se sont avérés avoir une morphologie inhomogène (Fichier additionnel 1: Fig. S3). Cela indique que la formation de la nanostructure hybride MoSe₂–Ni₃Se₄ est aussi un processus contrôlé cinétiquement.

Les analyses XPS (Fig. 5a–d) vérifient davantage la présence de Mo, Ni et Se dans l'échantillon hybride (en prenant Mo2Ni1 comme exemple typique). Pour les régions Se 3d (Fig. 5b), les deux pics à 54,75 et 55,75 eV sont assignés à Se 3d₅/₂ et Se 3d₃/₂, respectivement, ce qui indique que l'état d'oxydation pour Se est −2. Le pic évident à 59,37 eV suggère que les espèces Se en surface ont été oxydées. En Fig. 5c, deux pics situés à 229,37 et 232,50 eV sont assignés à Mo 3d₅/₂ et 3d₃/₂, respectivement, ce qui indique l'état d'oxydation +4 de Mo. En Fig. 5d, les pics Ni 2p sont clairement présents, et les pics à 856,62 et 874,12 eV correspondent bien à Ni 2p₃/₂ et Ni 2p₁/₂, respectivement. Les deux pics satellites à 861,87 et 880,37 eV suggèrent que Ni est dans l'état d'oxydation proche de +2.

Le mécanisme de formation de la nanostructure hybride MoSe₂–Ni₃Se₄ peut être compris à partir des résultats de caractérisation ci-dessus. Les germes de MoSe₂ fleur-like jouent un rôle important dans l'induction de la formation de Ni₃Se₄ sur les surfaces de MoSe₂. À la température de réaction de 300 °C, Ni(acac)₂ se décompose facilement pour réagir avec Se pour former Ni₃Se₄. Les surfaces de MoSe₂ peuvent agir comme sites de nucléation hétérogène pour induire la nucléation de Ni₃Se₄. Évidemment, un tel processus de nucléation hétérogène nécessite moins d'énergie d'activation que la nucléation homogène. Par conséquent, Ni₃Se₄ est observé pour croître sur les surfaces de MoSe₂ pour former une morphologie type pétale au lieu de particules séparées qui sont formées par nucléation homogène indépendante. Avec l'augmentation supplémentaire des quantités de sources Ni et Se, Ni₃Se₄ a tendance à croître sur les surfaces des pétales de Ni₃Se₄ qui se sont déjà formés. En résultat, des nanostructures hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄ avec une épaisseur accrue des pétales de Ni₃Se₄ sont observées (voir l'évolution morphologique montrée à la Fig. 3).

L'activité électrocatalytique des catalyseurs préparés a été mesurée en utilisant un système à trois électrodes en solution acide. Comme montré en Fig. 6a, toutes les surtensions d'amorçage (c.-à-d. le potentiel nécessaire pour atteindre une densité de courant de 1 mA cm⁻²) de divers catalyseurs sont petites. L'échantillon Mo5Ni1 nécessite la surtension d'amorçage la plus faible de 128 mV pour l'HER, tandis que pour les autres catalyseurs, les valeurs de surtension d'amorçage sont 163, 140, 162 et 216 mV pour MoSe₂, Mo2Ni1, Mo1Ni1 et Ni₃Se₄, respectivement. Lorsque la densité de courant cathodique atteint -10 mA cm⁻², l'échantillon Mo2Ni1 nécessite la plus petite surtension de 203 mV. Les surtensions nécessaires sont 234, 220, 250 et 299 mV pour MoSe₂, Mo5Ni1, Mo1Ni1 et Ni₃Se₄, respectivement. Pour étudier davantage les échantillons obtenus, les portions linéaires des courbes de Tafel ont été analysées en utilisant l'équation de Tafel : η = b log j + a, où j est la densité de courant, η est la surtension, et b est la pente de Tafel. Comme on peut le voir en Fig. 6b, l'échantillon Mo2Ni1 a une pente de Tafel de 57 mV par décade. Cette valeur est substantiellement plus petite que les pentes de Mo5Ni1 (85 mV par décade), Mo1Ni1 (88 mV par décade), Ni₃Se₄ (82 mV par décade) et MoSe₂ (71 mV par décade). Entre-temps, le Pt/C exhibe une pente de Tafel de ~33 mV par décade, correspondant bien aux valeurs connues. Théoriquement, une pente de Tafel plus faible suggère une cinétique HER plus rapide. Le mécanisme principal de réaction dans le processus HER peut être révélé par la pente de Tafel. Il y a trois étapes principales qui peuvent participer au processus HER, c.-à-d. réaction de Volmer : H⁺ (aq) + e⁻ → Hads, réaction de Heyrovsky : Hads + H⁺ (aq) + e⁻ → H₂ (g), et réaction de Tafel : Hads + Hads → H₂ (g). À 25 °C, les valeurs de pente de Tafel des trois réactions sont 118 mV par décade, 39 mV par décade et 29 mV par décade, respectivement. En conséquence, les résultats de notre étude suggèrent que le mécanisme de Volmer–Heyrovsky devrait être dominant pour tous les échantillons préparés dans l'HER.

Afin d'étudier davantage la cinétique des électrodes, les diagrammes de Nyquist de cinq échantillons acquis par EIS sont montrés en Fig. 6c. La résistance de transfert de charge (Rct) qui est obtenue de la région de basse fréquence a une relation étroite avec la cinétique des électrodes. Une valeur plus petite de Rct est pertinente à un taux de réaction plus élevé. La valeur de Rct de Mo2Ni1 est de 13,0 Ω, qui est la plus faible parmi les cinq échantillons. Pour les autres échantillons, les valeurs de Rct sont 27,5, 27,1, 109,1 et 254,6 Ω pour MoSe₂, Mo5Ni1, Mo1Ni1 et Ni₃Se₄, respectivement. La plus faible Rct de Mo2Ni1 suggère le processus de transfert de charge le plus rapide parmi les échantillons préparés. Le résultat prouve davantage l'excellente efficacité électrocatalytique HER de l'échantillon Mo2Ni1. La meilleure conductivité pourrait résulter de la modulation de la structure électronique via les effets synergétiques entre MoSe₂ et Ni₃Se₄. La Fig. 6d présente les courbes de polarisation pour caractériser la stabilité de l'échantillon Mo2Ni1. Après 1000 cycles, la performance catalytique ne montre qu'un léger déclin. Les effets synergétiques jouent un rôle important dans le contrôle des interactions adsorptives-absorptives sur les surfaces catalytiques et déterminent ainsi l'étape déterminante de la vitesse de la réaction catalytique. Par conséquent, l'utilisation d'effets synergétiques constitue un avantage majeur des nanostructures hybrides pour l'amélioration de l'activité HER.

Pour calculer approximativement la surface électrochimiquement active (ESCA) des catalyseurs, les capacitances de double couche électrochimique (Cdl) sont mesurées en utilisant la voltampérométrie cyclique (CV) à différents taux de balayage (Fichier additionnel 1: Figure S4). Les graphiques de Δj = (ja−jc) (ja et jc sont la densité de courant lors de la charge et de la décharge à une tension de 0,15 V, respectivement) contre le taux de balayage sont montrés en Fig. 7a, et les valeurs Cdl sont comptées comme la moitié des pentes. Mo2Ni1 exhibe une valeur Cdl de 2,67 mF cm⁻² qui est légèrement plus petite que la valeur (3,06 mF cm⁻²) de MoSe₂ et Mo5Ni1 (2,82 mF cm⁻²), suggérant que l'ajout de Ni₃Se₄ ne peut pas augmenter davantage la surface électrochimiquement active, et la conséquence est cohérente avec l'observation TEM. Donc la raison de l'amélioration de l'activité catalytique HER de l'échantillon Mo2Ni1 n'est pas probablement due à l'augmentation de la surface électrochimiquement active mais à l'effet synergétique entre MoSe₂ et Ni₃Se₄, ainsi qu'à la promotion de la conductivité. En outre, nous avons estimé les nombres de sites actifs et les fréquences de rotation (TOF) de divers catalyseurs. Les nombres de sites actifs sont obtenus par les courbes CV de différents catalyseurs qui sont enregistrées de −0,4 à 0,6 V dans un électrolyte tampon phosphate salin avec un taux de balayage de 50 mV s⁻¹ (Fichier additionnel 1: Figure S5). Le nombre calculé de sites actifs pour Mo2Ni1 est 1,02 × 10⁻⁶ mol tandis que celui pour MoSe₂ est 0,77 × 10⁻⁶ mol. De plus, le TOF calculé à –200 mV pour chaque site actif de Mo2Ni1 est 3,4 s⁻¹, qui est aussi plus grand que celui (2,1 s⁻¹) de MoSe₂ (Fig. 7b). Théoriquement, l'activité HER des catalyseurs peut être attribuée à trois facteurs : (a) les nombres de sites actifs, (b) la qualité des sites actifs (fréquence de rotation), et (c) la conductivité entre sites actifs. Dans ce travail, bien que Mo2Ni1 ait une valeur Cdl légèrement plus petite comparée à MoSe₂, il possède la plus faible impédance de transfert de charge, le plus grand nombre de sites actifs et le TOF le plus élevé. Par conséquent, il exhibe la meilleure activité HER globale.

Conclusions

Une voie en solution induite par germes a été développée pour la synthèse de nanoélectrocatalyseurs hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄. Des germes de MoSe₂ avec une morphologie fleur-like composée par l'assemblage de nanofeuilles ultraminces ont été utilisés pour induire la croissance de Ni₃Se₄ sur les pétales de fleur de MoSe₂. La composition chimique des nanoélectrocatalyseurs hybrides MoSe₂–Ni₃Se₄ peut être modulée en ajustant le contenu de Ni₃Se₄. Il a été observé que la combinaison de Ni₃Se₄ avec MoSe₂ pour former une nanostructure hybride peut améliorer les performances HER de MoSe₂. Le nanoélectrocatalyseur hybride MoSe₂–Ni₃Se₄ avec un rapport Mo:Ni de 2:1 offre des performances HER remarquables qui ont une petite surtension d'amorçage de 140 mV, une surtension de 201 mV à 10 mA cm⁻² et une petite pente de Tafel de 57 mV dec⁻¹ sous condition acide. La conductivité améliorée et le TOF ont aussi été observés.