Nature子刊: 自发原子钯界面掺杂化学活化二硫化钼实现高效析氢

　　近日，长春应化所的葛君杰和邢巍研究员，上海应用物理研究所的姜政研究员以及东南大学的王金兰教授（共同通讯）联合在Nature Communications上发表文章，题为：

Chemically activating MoS2 via spontaneous atomic palladium interfacial doping towards efficient hydrogen evolution。

　　因为缺乏替代Pt且廉价的催化剂，所以近几十年来电化学产氢(2H++2e-=H2)技术一直无法大规模使用。同时候选材料也存在低催化活性或寿命较短等问题。Norskøv和Jaramillo等其他研究人员预测并且证实了片状MoS2由于其金属性边缘(ΔGH = 0.06 eV)的活性被认为是具有很好的析氢反应(HER)前景的材料。目前提升MoS2 催化活性指导原则如下：首先，在2H MoS2相中提升原子级协同活性位点密度，或者优先暴露边缘位点或者在片层中制造硫空位。但是，2H-MoS2的半导体特性阻碍了本征高活性的释放，其中电荷转移效率受到反应界面处电子不足的限制。其次，将2H-MoS2驱动到导电相中，从而使1T-MoS2具有更高的催化活性. 平面上的S原子在1T–MoS2中被认为是活性位点；但是尽管这些S位点密度大大增加，但具有不太有利的氢吸附特征(ΔGH=0.17 eV)。出了上述提到的2H–MoS2和1T–MoS2的问题, 一个主要的问题就是这两种材料遇到的一个主要问题是它们的稳定性降低，因为有缺陷的2H-MoS2具有高硫浸出率，1T - MoS2本质上是亚稳态的。显然，只有同时解决了电导率、活性位点密度、本征活性和稳定性问题，MoS2才真正适用于HER。

　　研究人员通过使用自发界面氧化还原技术用低含量的原子钯掺杂来化学活化二硫化钼(MoS2)表面。钯取代发生在钼位，同时引入硫空位并将2H结构转化为稳定的1T结构。理论计算表明，钯附近的硫原子在-0.02 eV时表现出低的氢吸附能。仅掺杂1wt %钯的最终MoS2表现出805 μA cm−2的交换电流密度和在10 mA cm−2电流密度下78mv的过电位，并具有良好的稳定性。该表面活化技术的综合优势为操控二硫化钼的催化性能与铂竞争打开了可能。　

　　研究人员通过热力学自发Pd原子掺杂化学活化MoS2。这是首次揭示MoS2氧化还原特征并利用其诱导界面杂原子掺杂的报道。研究人员发现Pd取代了表面的Mo，与配位数为4.3的S原子共价结合，导致SVs的形成和相转化，并强烈激活了邻近的S位点。Pd - MoS2催化剂在酸性介质中对HER表现出最高的活性相比其他纯相MoS2基材料。10 mA cm−2下1 % Pd -MoS2的过电位仅为78 mA cm−2。更吸引人的是，缺陷越多的Pd-MoS2表现出比原始MoS2更好的稳定性。因此，这同时解决了MoS2的催化效率和稳定性问题，为HER替代Pt基电催化剂开辟了广阔的前景。

文献链接：Chemically activating MoS2 via spontaneous atomic palladium interfacial doping towards efficient hydrogen evolution, (Nat. Commun., 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-04501-4)