Hình 3.6. (a). So sánh đường cong phân cực của ex-MoSe2 (màu đỏ) và vật liệu khối MoSe2 (màu xanh), hình chèn biểu diễn độ dốc Tafel tương ứng của hai vật liệu; (b). Đường cong phân cực của ex-MoSe2 ở các lượt quét thế khác nhau: lần
đầu tiên màu đen, lần thứ 50 màu đỏ, lần thứ 100 màu xanh
Hoạt tính HER của vật liệu ex-MoSe2 được thể hiện trên hình 3.6. Cụ thể, trong dung dịch H2SO4 0,5 M, ex-MoSe2 cho mật độ dòng xúc tác tại thế áp -0,4 V
vs. RHE là 21 mA/cm2 (hình 3.6a, đường màu đỏ) cao hơn 27,5 lần so với mật độ dùng xúc tác đo được (0,8 mA/cm2) sử dụng MoS2 dạng khối (hình 3.6a, đường màu xanh). Độ dốc đường Tafel tương ứng cho ex-MoSe2 và MoSe2 khối là 88 mV/dec và 150 mV/dec (trong hình chèn thêm ở góc bên phải, phía dưới). Quá thế bắt đầu xảy ra phản ứng HER đối với ex-MoSe2 là 180 mV, mật độ dòng xúc tác đạt 10 mA/cm2 tại quá thế 350 mV. Kết quả này thể hiện vật liệu ex-MoSe2 có hoạt tính HER tốt và cao hơn rõ rệt so với vật liệu MoSe2 dạng khối. Điều này có thể được giải thích do sự tồn tại của nhiều sai hỏng cấu trúc trên bề mặt và ở các cạnh biên của vật liệu ex-
MoSe2. Những vị trí này đóng vai trò là tâm xúc tác cho quá trình HER, tương tự như vai trò của các sai hỏng này trong vật liệu MoS2 đã được chứng minh trước đó [153- 154]. Hoạt tính HER của ex-MoSe2 ổn định trong môi trường axit. Hình 3.6b cho thấy các đường cong quét thế tuyến tính gần như không thay đổi so với đường đầu tiên sau 50 và 100 lượt quét thế. Giá trị độ dốc Tafel 88 mV/dec gợi ý phản ứng HER trên các tâm xúc tác của ex-MoSe2 có thể xảy ra đồng thời theo cơ chế Volmer-Tafel và Volmer-Heyrosky [68]. Điều này có thể do phản ứng HER xảy ra ở mỗi tâm xúc
60
tác – sai hỏng cấu trúc- khác nhau theo các cơ chế khác nhau. Kết quả thực nghiệm này phù hợp với các kết quả tính toán lí thuyết trước đó bởi TS. Shu và các cộng sự tại Viện hàn lâm khoa học Trung Quốc (hình S3.3) [68]. Kết quả tính toán của nghiên cứu này cho thấy phản ứng HER diễn ra theo cơ chế Volmer-Tafel tại các vị trí khuyết một hoặc hai nguyên tử Se (VSe và VSe2), còn tại các vị trí sai hỏng khác và ở cạnh biên của tinh thể phản ứng HER diễn ra theo cơ chế Volmer-Heyrosky [68].