Catalisadores de Evolução de Hidrogênio Aprimorados: Nanoestruturas Híbridas MoSe₂–Ni₃Se₄ com Atividade Eletrocatalítica Superior

Resumo

Combinar MoSe₂ com outros dicalcogenetos de metais de transição para formar uma nanoestrutura híbrida é uma rota eficaz para aumentar as atividades eletrocatalíticas para reação de evolução de hidrogênio (HER). Neste estudo, nanoeletrocatalisadores híbridos MoSe₂-Ni₃Se₄ com morfologia tipo flor são sintetizados por uma abordagem de solução induzida por sementes. Em vez de nuclearem independentemente para formar nanocristais separados, o componente Ni₃Se₄ tende a nuclear e crescer nas superfícies de nanoflocos ultrfinos de MoSe₂ para formar uma nanoestrutura híbrida. Nanoeletrocatalisadores híbridos MoSe₂–Ni₃Se₄ com diferentes razões Mo:Ni são preparados e suas atividades catalíticas HER são comparadas. Os resultados mostram que as atividades HER são afetadas pelas razões Mo:Ni. Em comparação com MoSe₂ puro, os nanoeletrocatalisadores híbridos MoSe₂-Ni₃Se₄ com razão molar Mo:Ni de 2:1 exibem propriedades HER aprimoradas com uma sobrepotencial de 203 mV a 10 mA/cm² e uma inclinação de Tafel de 57 mV por década. Condutividade melhorada e frequências de turnover (TOFs) aumentadas também são observadas para as amostras híbridas MoSe₂-Ni₃Se₄.

Introdução

Combustíveis fósseis tradicionais são as principais fontes de energia em nossa sociedade; no entanto, são não renováveis e insustentáveis, e causam séria poluição ao meio ambiente. Entre energias alternativas, a energia de hidrogênio tem sido considerada uma das energias limpas mais promissoras devido à sua densidade de energia ultra-alta. Até agora, a produção em larga escala de hidrogênio ainda é principalmente de fontes de combustíveis fósseis. Gaseificação de carvão e reforma de vapor de metano produzem industrialmente 95% do hidrogênio. A reação de evolução de hidrogênio (HER) tem sido considerada uma rota promissora para gerar hidrogênio de alta pureza. No entanto, os melhores eletrocatalisadores para HER em meios ácidos ainda são baseados em Pt e outros materiais de metais nobres. Devido à sua escassez e alto custo, os materiais baseados em Pt não são adequados para serem aplicados em evolução de hidrogênio em larga escala. Dicalcogenetos de metais de transição (TMDs), como MoS₂, MoSe₂, WS₂ e WSe₂, receberam atenção intensiva devido às suas excelentes propriedades eletroquímicas e natureza abundante na terra. Como um material semicondutor TMD em camadas típico, MoSe₂ tem uma estrutura semelhante ao grafite, e é formado por camadas Se-Mo-Se ligadas via forças de van der Waals. Além disso, MoSe₂ é mais metálico que MoS₂, e tem uma energia livre de Gibbs de adsorção de hidrogênio na borda de MoSe₂ menor que MoS₂, o que leva a uma maior adsorção de hidrogênio. Por esta razão, MoSe₂ e seus híbridos capturaram muita atenção como eletrocatalisadores para HER.

É bem conhecido que apenas sítios ativos são efetivos para HER. Para nanoestruturas em camadas bidimensionais como nanoflocos de TMD, os sítios ativos para HER estão localizados ao longo das bordas dos nanoflocos, enquanto as superfícies basais são inertes. A condutividade dos eletrocatalisadores também é uma questão importante para HER. Como um tipo de semicondutor, a pobre capacidade de transporte de elétrons do MoSe₂ comparado a metais nobres ainda limita seu desempenho em HER. Portanto, as estratégias gerais para melhorar a atividade de catalisadores TMD são aumentar a condutividade elétrica e aumentar o número de sítios ativos. Enquanto isso, projetar estruturas híbridas integrando diferentes tipos de materiais semicondutores especialmente TMDs com uma orientação preferida é considerado uma abordagem importante para ajustar as propriedades eletrônicas de materiais semicondutores. Nanoestruturas híbridas com heterointerfaces eficientes podem promover transferência de carga interfacial rápida, que é fundamental para reações eletroquímicas. Além disso, é bem conhecido que três etapas elementares, ou seja, adsorção, redução e dessorção, são necessárias para gerar hidrogênio durante as reações eletroquímicas. Uma das superioridades para materiais híbridos compostos de diferentes componentes químicos é que eles podem romper a limitação de que muitos catalisadores de componente único não são efetivos para todos os três processos de reação intermediários. Recentemente, alguns pesquisadores integraram catalisadores baseados em Ni com MoSe₂ em várias morfologias usando diferentes métodos para alcançar desempenhos HER aprimorados. A combinação de MoSe₂ com selenetos de Ni para formar uma estrutura híbrida pode utilizar o efeito sinérgico que surge da interação entre dois componentes heterogêneos para alcançar atividade eletrocatalítica aprimorada. Por exemplo, um cálculo DFT indicou que MoS₂(₁₋ₓ)Se₂ₓ/NiSe₂ tinha energia livre de Gibbs de adsorção de hidrogênio muito menor nos planos (100) e (110) que MoS₂(₁₋ₓ)Se₂ₓ puro, o que poderia resultar em maior cobertura de hidrogênio nos sítios ativos e portanto alcançar desempenhos eletrocatalíticos excepcionais.

Aqui, tentamos preparar nanoeletrocatalisadores híbridos crescendo Ni₃Se₄ nas superfícies de sementes de MoSe₂ tipo flor que são sintetizadas via método coloidal relatado em nosso estudo anterior. Tal abordagem de crescimento induzido por sementes oferece um meio facilitado para construir várias nanoestruturas híbridas baseadas em TMD. A razão pela qual selecionamos Ni₃Se₄ como componente híbrido é que Ni₃Se₄ tem condutividade elétrica maior que outros selenetos de Ni. Para investigar as influências de Ni₃Se₄ na atividade do catalisador e descobrir a melhor razão de composição, modulamos sistematicamente o conteúdo de Ni₃Se₄ e MoSe₂, e descobrimos que a incorporação de conteúdo moderado de Ni₃Se₄ nos sistemas híbridos MoSe₂–Ni₃Se₄ pode melhorar os desempenhos HER. Nossos resultados sugerem que a construção de uma nanoestrutura híbrida de MoSe₂–Ni₃Se₄ é uma abordagem eficaz para melhorar os desempenhos HER do MoSe₂ puro.

Métodos/Experimental

Síntese de Nanoeletrocatalisadores Híbridos MoSe₂–Ni₃Se₄

A síntese de nanoeletrocatalisadores híbridos MoSe₂–Ni₃Se₄ envolveu duas etapas. Na primeira etapa, sementes de MoSe₂ foram sintetizadas de acordo com o método relatado em nosso estudo anterior. Brevemente, 10 mL de ácido oleico (OA, 85%, Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd.) e 0,4 mmol de hexacarbonil de molibdênio (Mo(CO)₆, 98%, J&K Scientific Ltd.) foram misturados e aquecidos até 85 °C lentamente em gás argônio. Subsequentemente, a temperatura da solução mista foi aumentada a 200 °C e 6,7 mL de solução pré-preparada contendo 1-octadecen (ODE, 90%, Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd.) e Se (99,999%, J&K Scientific Ltd.) com concentração de Se de 0,15 mmol/mL foi injetada na solução de reação usando velocidade de injeção de 0,5 mL/min. Quando a injeção foi completada, a reação foi mantida por 30 min para gerar sementes de MoSe₂. Na próxima etapa, a temperatura de reação foi aumentada a 300 °C, e uma mistura de 3,3 mL de solução de ODE e Se, e acetilacetonato de níquel(II) (Ni(acac)₂, 0,2 mmol, 96%, J&K Scientific Ltd.) foi injetada nas misturas de reação e mantida a 300 °C por 30 min. Após resfriar à temperatura ambiente, os produtos de reação foram lavados com etanol e hexano, e então secos à temperatura ambiente. A amostra sintetizada foi rotulada como Mo2Ni1, denotando que a razão molar de Mo:Ni nas amostras híbridas MoSe₂–Ni₃Se₄ é 2:1. Outras amostras nanohíbridas MoSe₂–Ni₃Se₄ com diferentes razões Mo para Ni foram sintetizadas usando o mesmo procedimento exceto que diferentes qualidades de misturas de fontes de Ni e Se foram adicionadas na reação.

Caracterização

A fase cristalina foi caracterizada usando um difratômetro de raios X (Bruker D8-Advance). Imagens de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) foram obtidas usando um microscópio eletrônico de transmissão JEM-2100. Imagens de campo escuro anular de alto ângulo (HAADF) e mapeamento elemental correspondente foram realizadas com um microscópio eletrônico de transmissão TECNAI F-30. Imagens de microscopia eletrônica de varredura (SEM) foram adquiridas usando um microscópio eletrônico de varredura SU-70. Dados de espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) foram obtidos via espectrômetro (PHI QUANTUM 2000) com fonte Al Kα.

Testes Eletroquímicos

Os testes eletroquímicos foram conduzidos em um sistema de teste padrão contendo um eletrodo de referência de Ag/AgCl, um eletrodo contador de bastão de grafite e um eletrodo de trabalho de carbono vítreo que foram conectados a uma estação de trabalho eletroquímica Autolab 302N que usou H₂SO₄ (0,5 M) como eletrólito. Para preparar tinta de eletrocatalisador, os eletrocatalisadores sintetizados (4 mg), negro de carbono Ketjenblack (0,5 mg), e solução de Nafion (30 μL) foram misturados com solução etanol-água (1 mL) com teor de etanol de 20 vol%. As misturas foram então ultrassonicadas por 30 min. Finalmente, 5 μL de tinta (contendo cerca de 20 μg de eletrocatalisadores) foi depositado no eletrodo de carbono vítreo para formar um filme que tinha uma carga de cerca de 0,286 mg/cm² e seco à temperatura ambiente. As curvas de polarização foram obtidas usando uma taxa de varredura de 2 mV s⁻¹ a 25 °C de 0,2 a −0,6 V (versus eletrodo de hidrogênio reversível (RHE)). Os dados de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) foram obtidos em frequências variando de 0,01 Hz a 100 kHz a –260 mV. O teste de voltametria cíclica (CV) foi realizado para obter a capacitância de camada dupla (potencial não faradaico) de 0,1 a 0,2 mV e calcular a área de superfície efetiva do eletrodo.

Resultados e Discussão

A síntese de nanoeletrocatalisadores híbridos MoSe₂–Ni₃Se₄ baseia-se em uma estratégia induzida por sementes na qual Ni₃Se₄ nanoescala cresce in situ nas sementes pré-formadas de MoSe₂ (Fig. 1). Na primeira etapa, sementes de MoSe₂ foram sintetizadas via reação entre precursor de Mo (Mo(CO)₆) e Se na presença de OA em ODE a 200 °C no qual processo nanoflocos ultrfinos de MoSe₂ formados durante o processo de aquecimento foram ainda mais auto-montados em partículas de MoSe₂ tipo flor. A morfologia tipo flor com grande área de superfície pode facilitar a dispersão e interação íntima do segundo componente. Após a temperatura atingir 300 °C, a solução contendo Ni(acac)₂ e ODE-Se foi rapidamente injetada nas misturas de reação quentes contendo sementes de MoSe₂. Neste estágio, Ni₃Se₄ nucleia e cresce na superfície de nanoflocos de MoSe₂ para formar nanoestruturas híbridas MoSe₂–Ni₃Se₄. Esta estratégia sintética facilitada é efetiva para a síntese de nanoeletrocatalisadores híbridos MoSe₂–Ni₃Se₄ com diferentes razões Mo:Ni sob condições experimentais similares e pode ser empregada para construir outros nanoeletrocatalisadores híbridos baseados em MoSe₂.

A Figura 2 compara os padrões de XRD de MoSe₂ puro e amostras híbridas MoSe₂–Ni₃Se₄. Os picos de difração da amostra de MoSe₂ puro estão de acordo com MoSe₂ hexagonal (PDF# 29-0914) enquanto as amostras híbridas MoSe₂–Ni₃Se₄ com diferentes razões Mo:Ni exibem picos combinacionais de MoSe₂ hexagonal e Ni₃Se₄ monoclínico (PDF# 13-0300). À medida que o conteúdo de precursor de Ni adicionado aumenta, a intensidade do pico de Ni₃Se₄ nos padrões de XRD também aumenta, o que indica que a concentração de Ni₃Se₄ nos nanoeletrocatalisadores híbridos MoSe₂–Ni₃Se₄ aumenta também. Portanto, o conteúdo de Ni₃Se₄ nos nanoeletrocatalisadores híbridos MoSe₂–Ni₃Se₄ pode ser ajustado controlando o conteúdo do precursor de Ni adicionado. As análises de SAED (Arquivo Adicional 1: Figura S1) também revelam a coexistência de MoSe₂ hexagonal e Ni₃Se₄ monoclínico, que confirmam os resultados de XRD. À medida que o conteúdo de precursor de Ni adicionado aumenta, os anéis de difração pertencentes a Ni₃Se₄ também se tornam proeminentes, demonstrando que o conteúdo relativo do componente Ni₃Se₄ nos nanoeletrocatalisadores híbridos MoSe₂–Ni₃Se₄ aumenta também.

A morfologia das amostras preparadas foi analisada por SEM e TEM. O MoSe₂ puro possui uma morfologia tipo flor que tem tamanho variando de 100 a 200 nm (Arquivo Adicional 1: Figura S2). Ao incorporar Ni₃Se₄, pode-se ver distintamente que as pétalas de nanoflores começam a ficar mais grossas (Fig. 3), e a morfologia tipo flor tende a desaparecer gradualmente com o aumento do conteúdo de Ni₃Se₄. Análises de TEM de alta resolução (HRTEM) (Fig. 4a, b) na amostra Mo2Ni1 revelam dois tipos de franjas de rede evidentes: uma com espaçamento interplanar de 0,64 nm corresponde ao plano (002) de MoSe₂, e uma com espaçamento interplanar de 0,27 nm concorda bem com o plano (−112) de Ni₃Se₄. O resultado confirma a presença de ambos componentes MoSe₂ e Ni₃Se₄ em uma nanoestrutura híbrida, e as superfícies principais das pétalas de nanoflor são constituídas pelas facetas {001} de MoSe₂. Além disso, as duas franjas de rede diferentes estão aproximadamente em paralelo, indicando que Ni₃Se₄ pode crescer nas facetas {001} de MoSe₂ ao longo do eixo c de MoSe₂.

Mapeamento elemental por espectroscopia de raios X dispersiva em energia (EDS) junto com imagem HAADF (Fig. 4d-f) confirmam a presença de Se, Ni e Mo. No entanto, a distribuição espacial de Mo e Ni é ligeiramente diferente. Mo é basicamente distribuído homogeneamente na nanoflor, enquanto Ni tende a concentrar-se perto das pétalas da nanoflor, o que indica que Ni₃Se₄ deve crescer nas pétalas de MoSe₂. O recobrimento de camadas mais grossas de Ni₃Se₄ no MoSe₂ pode bloquear os sítios ativos de MoSe₂ e eventualmente leva a desempenhos HER declinados. Além da quantidade injetada de fontes de Ni e Se, a taxa de injeção também afeta a morfologia da nanoestrutura híbrida MoSe₂–Ni₃Se₄. Quando uma taxa de injeção menor (1,65 mL/min) de fontes de Ni e Se foi usada, os produtos resultaram em morfologia inhomogênea (Arquivo Adicional 1: Fig. S3). Isso indica que a formação da nanoestrutura híbrida MoSe₂–Ni₃Se₄ também é um processo cineticamente controlado.

Análises de XPS (Fig. 5a-d) verificam ainda a presença de Mo, Ni e Se na amostra híbrida (tomando Mo2Ni1 como exemplo típico). Para regiões Se 3d (Fig. 5b), os dois picos em 54,75 e 55,75 eV são atribuídos a Se 3d₅/₂ e Se 3d₃/₂, respectivamente, o que indica que o estado de oxidação para Se é −2. O pico óbvio em 59,37 eV sugere que as espécies de Se nas superfícies foram oxidadas. Na Fig. 5c, dois picos localizados em 229,37 e 232,50 eV são atribuídos a Mo 3d₅/₂ e 3d₃/₂, respectivamente, que indicam o estado de oxidação +4 de Mo. Na Fig. 5d, os picos Ni 2p estão claramente presentes, e os picos em 856,62 e 874,12 eV concordam bem com Ni 2p₃/₂ e Ni 2p₁/₂, respectivamente. Os dois picos satélites em 861,87 e 880,37 eV sugerem que Ni está no estado de oxidação próximo a +2.

O mecanismo de formação da nanoestrutura híbrida MoSe₂–Ni₃Se₄ pode ser entendido a partir dos resultados de caracterização acima. As sementes de MoSe₂ tipo flor desempenham um papel importante na indução da formação de Ni₃Se₄ nas superfícies de MoSe₂. Na temperatura de reação de 300 °C, Ni(acac)₂ decompõe-se facilmente para reagir com Se para formar Ni₃Se₄. As superfícies de MoSe₂ podem atuar como sítios de nucleação heterogênea para induzir a nucleação de Ni₃Se₄. Obviamente, tal processo de nucleação heterogênea requer menos energia de ativação que nucleação homogênea. Portanto, Ni₃Se₄ é observado crescendo nas superfícies de MoSe₂ para formar morfologia tipo pétala em vez de partículas separadas formadas por nucleação homogênea independente. Com o aumento adicional das quantidades de fontes de Ni e Se, Ni₃Se₄ tende a crescer nas superfícies de pétalas de Ni₃Se₄ que já se formaram. Como resultado, nanoestruturas híbridas MoSe₂–Ni₃Se₄ com aumento da espessura de pétalas de Ni₃Se₄ são observadas (veja a evolução morfológica mostrada na Fig. 3).

A atividade eletrocatalítica dos catalisadores preparados foi medida usando um sistema de três eletrodos em solução ácida. Como mostrado na Fig. 6a, todas as sobrepotenciais de início (ou seja, o potencial necessário para alcançar densidade de corrente de 1 mA cm⁻²) de vários catalisadores são pequenas. A amostra Mo5Ni1 requer a menor sobrepotencial de início de 128 mV para HER, enquanto para outros catalisadores, os valores de sobrepotencial de início são 163, 140, 162 e 216 mV para MoSe₂, Mo2Ni1, Mo1Ni1 e Ni₃Se₄, respectivamente. Quando a densidade de corrente catódica atinge -10 mA cm⁻², a amostra Mo2Ni1 requer a menor sobrepotencial de 203 mV. As sobrepotenciais necessárias são 234, 220, 250 e 299 mV para MoSe₂, Mo5Ni1, Mo1Ni1 e Ni₃Se₄, respectivamente. Para investigar ainda mais as amostras obtidas, as porções lineares das curvas de Tafel foram analisadas usando a equação de Tafel.

Como pode ser visto na Fig. 6b, a amostra Mo2Ni1 tem uma inclinação de Tafel de 57 mV por década. Este valor é substancialmente menor que as inclinações de Mo5Ni1 (85 mV por década), Mo1Ni1 (88 mV por década), Ni₃Se₄ (82 mV por década) e MoSe₂ (71 mV por década). Enquanto isso, o Pt/C exibe uma inclinação de Tafel de ~33 mV por década, correspondendo bem aos valores conhecidos. Teoricamente, a menor inclinação de Tafel sugere cinética HER mais rápida. O mecanismo principal de reação no processo HER pode ser revelado pela inclinação de Tafel. Há três etapas principais que podem participar no processo HER, ou seja, reação de Volmer: H⁺ (aq) + e⁻ → H_ads, reação de Heyrovsky: H_ads + H⁺ (aq) + e⁻ → H₂ (g), e reação de Tafel H_ads + H_ads → H₂ (g). A 25 °C, os valores de inclinação de Tafel das três reações são 118 mV por década, 39 mV por década e 29 mV por década, respectivamente. Consequentemente, os resultados em nosso estudo sugerem que o mecanismo de Volmer-Heyrovsky deve ser dominante para todas as amostras preparadas no HER.

Para investigar ainda mais a cinética dos eletrodos, os gráficos de Nyquist de cinco amostras obtidos por EIS são mostrados na Fig. 6c. A resistência de transferência de carga (Rct) que é obtida da região de baixa frequência tem uma relação próxima com a cinética dos eletrodos. Um valor menor de Rct é relevante para uma taxa de reação mais alta. O valor de Rct de Mo2Ni1 é 13,0 Ω, que é o menor valor entre as cinco amostras. Para outras amostras, os valores de Rct são 27,5, 27,1, 109,1 e 254,6 Ω para MoSe₂, Mo5Ni1, Mo1Ni1 e Ni₃Se₄, respectivamente. O menor Rct de Mo2Ni1 sugere o processo de transferência de carga mais rápido entre as amostras preparadas. O resultado prova ainda a excelente eficiência eletrocatalítica HER da amostra Mo2Ni1. A melhor condutividade pode ser resultante da modulação da estrutura eletrônica via efeitos sinérgicos entre MoSe₂ e Ni₃Se₄. A Fig. 6d apresenta as curvas de polarização para caracterizar a estabilidade da amostra Mo2Ni1. Após 1000 ciclos, o desempenho catalítico mostra apenas um ligeiro declínio. Os efeitos sinérgicos desempenham um papel importante no controle das interações adsortivas-absortivas nas superfícies catalíticas e assim determinam a etapa determinante da taxa da reação catalítica. Portanto, a utilização de efeitos sinérgicos constitui uma grande vantagem da nanoestrutura híbrida para o aprimoramento da atividade HER.

Para calcular aproximadamente a área de superfície eletroquimicamente ativa (ESCA) dos catalisadores, capacitâncias de camada dupla eletroquímica (Cdl) são medidas usando voltametria cíclica (CV) em diferentes taxas de varredura (Arquivo Adicional 1: Figura S4). Os gráficos de Δj = (j_a−j_c) (j_a e j_c são a densidade de corrente quando carregando e descarregando a uma tensão de 0,15 V, respectivamente) contra a taxa de varredura são mostrados na Fig. 7a, e os valores de Cdl são contados como metade das inclinações. Mo2Ni1 exibe um valor de Cdl de 2,67 mF cm⁻² que é ligeiramente menor que o valor (3,06 mF cm⁻²) de MoSe₂ e Mo5Ni1 (2,82 mF cm⁻²), sugerindo que a adição de Ni₃Se₄ não pode aumentar ainda mais a área de superfície eletroquimicamente ativa, e a consequência é consistente com a observação de TEM. Portanto, a razão para a melhoria da atividade catalítica HER da amostra Mo2Ni1 não é provavelmente devida ao aumento da área de superfície eletroquimicamente ativa mas ao efeito sinérgico entre MoSe₂ e Ni₃Se₄, junto com a promoção da condutividade. Além disso, estimamos os números de sítios ativos e frequências de turnover (TOFs) de vários catalisadores. Os números de ativos são obtidos pelas curvas CV de diferentes catalisadores que são registradas de −0,4 a 0,6 V em um eletrólito de salina fosfato tamponado com taxa de varredura de 50 mV s⁻¹ (Arquivo Adicional 1: Figura S5). O número calculado de sítios ativos para Mo2Ni1 é 1,02 × 10⁻⁶ mol enquanto o de MoSe₂ é 0,77 × 10⁻⁶ mol. Além disso, o TOF calculado a –200 mV para cada sítio ativo de Mo2Ni1 é 3,4 s⁻¹, que também é maior que o (2,1 s⁻¹) de MoSe₂ (Fig. 7b). Teoricamente, a atividade HER de catalisadores pode ser atribuída a três fatores: (a) números de sítios ativos, (b) qualidade do sítio ativo (frequência de turnover), e (c) condutividade entre sítios ativos. Neste trabalho, embora Mo2Ni1 tenha um valor ligeiramente menor de Cdl comparado a MoSe₂, possui a menor impedância de transferência de carga, o maior número de sítios ativos e o maior TOF. Portanto, exibe a melhor atividade HER geral.

Conclusões

Uma rota de solução induzida por sementes foi desenvolvida para a síntese de nanoeletrocatalisadores híbridos MoSe₂–Ni₃Se₄. Sementes de MoSe₂ com morfologia tipo flor composta pela montagem de nanoflocos ultrfinos foram usadas para induzir o crescimento de Ni₃Se₄ nas pétalas de flor de MoSe₂. A composição química dos nanoeletrocatalisadores híbridos MoSe₂–Ni₃Se₄ pode ser modulada ajustando o conteúdo de Ni₃Se₄. Observou-se que a combinação de Ni₃Se₄ com MoSe₂ para formar uma nanoestrutura híbrida pode melhorar os desempenhos HER de MoSe₂. O nanoeletrocatalisador híbrido MoSe₂–Ni₃Se₄ com razão Mo:Ni de 2:1 entrega desempenhos HER notáveis que têm uma pequena sobrepotencial de início de 140 mV, uma sobrepotencial de 201 mV a 10 mA cm⁻² e uma pequena inclinação de Tafel de 57 mV dec⁻¹ sob condição ácida. Condutividade melhorada e TOF também foram observados.