電化學水分解是一項有前景和可行的技術，可用于生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的清潔氫能源。然而，由于不利的pH環(huán)境，當HER和OER電極在相同的電解質(zhì)中進行整體水分解時，這些催化劑可能具有較差的活性或穩(wěn)定性。
雙功能催化劑的構建可以在單一電解質(zhì)中同時催化HER和OER，然而電解質(zhì)的酸或堿性較強會對電極造成腐蝕。因此，開發(fā)中性介質(zhì)中雙功能電催化劑以避免電極或催化劑在惡劣環(huán)境中的腐蝕具有重要意義。
基于此，臺灣大學陳俊維和臺灣清華大學邱博文等制備了一種雙功能WSe2/石墨烯異質(zhì)結催化劑，用于在中性介質(zhì)(pH=7)中進行有效的全水分解。通過金屬Cr摻雜與2D ML WSe2縫合接觸的石墨烯協(xié)同原子生長，雙功能Cr摻雜WSe2/石墨烯異質(zhì)結在中性介質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)異的整體水分解性能。
研究發(fā)現(xiàn)，金屬Cr原子在WSe2上的原子摻雜可以有效地促進固液界面的電荷轉移；與二維WSe2催化劑縫合接觸的石墨烯的直接生長進一步提高了雙功能催化劑的整體分解水效率。
將雙功能Cr摻雜WSe2/石墨烯異質(zhì)結用于HER和OER。與具有金接觸的Cr摻雜WSe2相比，Cr摻雜WSe2/石墨烯異質(zhì)結表現(xiàn)出改善的性能，在10 mA cm-2電流密度下的電池電壓降低310 mV。
通過后處理和直接生長技術對摻雜和縫合接觸進行協(xié)同原子工程，在中性條件下，雙功能Cr摻雜WSe2/石墨烯異質(zhì)結的電池電壓在10 mA cm-2下顯著降低了980 mV。
總的來說，石墨烯/TMD自縫合異質(zhì)結為探索新型二維催化劑的電化學反應機理提供了一個理想的平臺。
Bifunctional Monolayer WSe2/Graphene Self-Stitching Heterojunction Microreactors for Efficient Overall Water Splitting in Neutral Medium. ACS Nano, 2022. DOI: 10.1021/acsnano.2c05986
