碱性条件下水电解制取绿氢是解决矿物燃料能源危机和环境污染的有效途径之一。目前，碱性水电解的主要障碍之一是水的吸附、解离和中间体的吸附/解吸的反应能垒大，这使得碱性水溶液中的析氢反应(HER)动力学比在酸性溶液中更为缓慢和复杂。特别是，对于Volmer步骤(H2O+*+e−→H*+OH−)，由于不利的水吸附构型和解离能垒，它消耗了大部分的输入能量。此外，氢氧化物(OH−)被认为是影响反应活性的主要因素，但吸附的OH−在反应过程中的确切作用尚不清楚。因此，深入了解碱性水电解机理，以及开发有效的表面处理方法是非常重要的。
近日，南洋理工大学范红金和海南大学刘一蒲等开发了一种模板方法来合成单轴和双轴应变MoSe2平面，并彻底研究了应变尺寸效应对碱性HER性能的影响。实验结果表明，双轴应变的MoSe2三维(3D)纳米壳(B-MoSe2)在碱性条件下具有优异的HER催化性能，在10 mA cm-2电流密度下的过电位为58.2 mV，并且在工业电流水平(1 A cm-2)的膜电极组装(MEA)电解槽中具有较高的长期耐久性。Operando拉曼表征结果显示，双轴应变可以有效地诱导水合K+离子水(K+-H2O)通过去溶剂化作用转变为四氢键水(4HB-H2O)，从而加速了H2O的解离。此外，控制实验和密度泛函理论(DFT)计算显示，B-MoSe2上稳定的OH*吸附工程通过更强的氢键将水在Mo上的吸附构型由O向下转变为O水平构型，这使得3Mo位点上水分解的能垒降低，产生的H*优先溢出并吸附到4Mo位点上，从而产生热力学上有利的碱性HER过程。还有就是，洋葱状的3D纳米壳赋予MoSe2优异的结构牢固性，使其能够高效稳定催化HER反应。总的来说，该项工作本文明确揭示了应变维数对表面氢氧化物反应行为和Volmer过程的作用，也为在复杂的化学反应中优化速率控制步骤提供了指导。Biaxial strain induced OH engineer for accelerating alkaline hydrogen evolution. Nature Communications, 2024. DOI: 10.1038/s41467-024-50942-5
