随着化石燃料供应的逐渐减少，为实现可持续发展的目标，可再生能源供应形式日益受到追捧。氢是绿色气体或能源转换装置(如燃料电池)最合适的候选者之一。为了有效地促进氢能源经济的发展，高度寻求大量生产氢气的合适方法并已经发表了一些有趣的研究。电解水，通常涉及阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)反应，在风能、潮汐能或核能的基础上具有广泛推广的巨大潜力。电解水需要外部能量来克服反应势垒，需要有效的催化剂来加速反应过程。贵金属(Pt，Pd等)等常被用作商业催化剂以促进HER。然而，到目前为止，电解水只占世界H2供应的很小一部分，主要是因为高成本和低能量转换效率。目前，二维结构的缺陷工程已被证明是提高二维材料催化性能的有效方法。
因此，布拉格化学与技术大学Zdeněk Sofer等人采用两步法成功制备了具有三种不同类型空位(d-PdTex)的PdTe2基催化剂，包括单Pd缺陷位点、单Te缺陷位点和双Te缺陷位点。在0.5 M H2SO4中测试了所有催化剂的HER性能，d-PdTex在10 mA cm-2时的过电位仅为76 mV，表现出优异的HER活性，这低于PdTe2(259 mV)和PdTe2-Ox(116 mV)以及已报道的许多Pd基催化剂。d-PdTex的HER性能也非常接近商业Pt/C和商业Pd/C，显示出缺陷工程的巨大潜力。催化剂还在中性环境(0.5 M KCl，pH=7)中进行了测试，发现d-PdTex和Pd/C都具有较差的HER催化活性。此外，还进行了双电层电容(Cdl)测试，以进一步分析催化剂的电化学活性表面积。d-PdTex的Cdl为2.35 mF cm-2，大于PdTe2、PdTe2-Ox和Pd/C，说明d-PdTex具有更大的电化学表面积(ECSA)。此外，d-PdTex的Tafel斜率为116.4 mV dec-1，小于PdTe2(251.1 mV dec-1)和PdTe2-Ox(178.9 mV dec-1)，表明其反应动力学过程更快。更重要的是，在10 mA cm-2的电流密度下，d-PdTex在500和1000次循环后的极化曲线和测试前的极化曲线相比几乎没有变化且有稳定的过电位，而PdTe2-Ox在500次循环后的HER性能显著下降。作为一种典型的过渡金属化合物，二维PdTe2因其特殊的性质，具有作为电催化剂的巨大潜力。事实上，PdTe2晶体中存在三种不同类型的空位，包括单Te空位(VTe)、双Te空位(DVTe)和单Pd空位(VPd)，不同的空位类型对HER性能有不同的贡献。研究表明VPd、VTe、DVTe三种类型的空位的存在会使PdTe2具有最佳的HER性能。在本文中，PdTe2、PdTe2-Ox和d-PdTex的XPS谱图中的Pd 3d结合能略有变化，而三种催化剂中的Te 3d均出现了约1 eV的显著正向移动，这主要是由于d-PdTex中Te原子比Pd更容易吸附氧气。此外，根据Te 3d的XPS拟合结果可以发现，随着Te配位数的减少，键σPd-Te/σTe-Te的比例从0.4增加到0.72，这种不饱和Pd位点在HER过程中具有很大的应用潜力。总之，缺陷附近的不饱和Pd位点的电子局部离域优化了中间体的吉布斯自由能，从而提高了催化剂的HER性能。这些结果不仅为合成富含缺陷的贵金属基催化剂以进一步增强其本征活性奠定了参考方案，而且为制备非贵金属二维催化剂提供了一种有前景的缺陷工程途径：通过调控价态，可以有效优化制备的电催化剂的本征活性，从而扩大其应用范围。Defect engineering in two-dimensional layered PdTe2 for enhanced hydrogen evolution reaction, ACS Catalysis, 2023, DOI: 10.1021/acscatal.2c04968.https://doi.org/10.1021/acscatal.2c04968.
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