二硒化铁纳米结构：高效且稳定的电解水催化剂

氢能是21世纪重要的清洁能源，工业上常见的产氢方式有煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等，这些高效反应同时也带来较高的能耗和环境污染。从清洁和可持续发展的角度来看，水分解是一种低成本且环保的获取氢能源的方式。而水氧化反应（OER）通常被认为是开发高效电解水体系的关键步骤。因此，开发高效的OER催化剂得到人们越来越多的关注。然而目前应用最为广泛的催化剂（如二氧化铱和二氧化钌）成本昂贵，发展高效、低成本的OER催化剂势在必行。

从元素构成的角度分析，铁基功能材料已成为用于设计良好OER催化剂极具前景的非贵金属材料。铁元素具有产量丰富、成本低等特点，基于半导体材料的优良性能和独特的电子结构，人们还可以提高铁基催化剂的导电率和水的吸附性能。

图1. 二硒化铁的纳米结构、水氧化性能与电子结构表征。

基于上述科学问题和实际应用需求，北京师范大学无机化学研究所的闫东鹏教授（点击查看介绍）研究组成功合成了高效稳定的新型二维FeSe₂催化剂用于OER反应。FeSe₂纳米片拥有显著的电催化活性（例如当过电位达到500 mV时，电流密度比商业RuO₂催化剂高出2.2倍，塔菲尔斜率为48.1 mV/dec；当电压为1.67 V时，电流密度可保持70个小时不发生变化）。高效的电催化性能可归因于催化剂在(210)晶面高度暴露的活性位点。同时，这种二维纳米结构还可有效促进OER动力学。密度泛函理论计算进一步分析了不同偏压下FeSe₂的能级、能带结构和水吸附能力的变化。因此，该工作为设计和探索其他铁基纳米结构作为可再生能源的有效催化剂提供了思路。

该研究成果发表在Nano Energy 上，第一作者是北京化工大学化工资源有效利用国家重点实验室的博士生高瑞。该工作得到科技部973项目、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中央高校基本科研业务经费的支持。文章发表以后，知名无机化学家Matthias Driess教授研究组在Angew. Chem. Int. Ed. 的文章中评论该工作：“含硒化合物应用于OER的实例很少，近期高瑞等人报道的FeSe₂作为OER反应催化剂可实现低过电位的水氧化。”

该论文作者为：Rui Gao, Hao Zhang, Dongpeng Yan

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Iron diselenide nanoplatelets: Stable and efficient water-electrolysis catalysts

Nano Energy, 2017, 31, 90, DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.11.021

导师介绍

闫东鹏

http://www.x-mol.com/university/faculty/8958