二維催化製氫材料研究獲重要進展

據能源材料化學協同創新中心新聞報道，近日iChEM研究人員大連化物所鄧德會副研究員
、包信和院士團隊，與廈門大學田中群院士、陳明樹教授以及英國曼徹斯特大學康斯坦丁•諾沃肖洛夫院士合作，在長期深入研究二維催化材料表/界麵調控的基礎上，成功實現了對二維硫化鉬（MoS₂）原子晶體材料的多尺度結構和電子性質的調控

，優化出的催化劑表現出優異的酸性電解水製氫性能，相關研究成果發表在《自然-通訊》上（Nature Communications, 2017, 8, 14430; DOI: 10.1038/ncomms14430）。

二維硫化鉬因其獨特的物理和化學特性，在光、電及傳統多相催化中極具應用前景，引起了廣大催化研究學者的關注。催化反應通常涉及多步、複雜的過程，比如電催化分解水製氫反應就存在氣（H₂）
、液（H₂O）
、固（catalyst）三san相xiang界jie麵mian
，需xu要yao二er維wei硫liu化hua鉬mu催cui化hua劑ji不bu僅jin具ju有you優you異yi的de本ben征zheng活huo性xing，而er且qie具ju有you合he適shi的de表biao麵mian結jie構gou。為wei了le更geng加jia高gao效xiao地di催cui化hua該gai反fan應ying過guo程cheng，需xu要yao對dui其qi結jie構gou和he電dian子zi性xing質zhi進jin行xing多duo尺chi度du調tiao控kong和he優you化hua，然ran而er目mu前qian這zhe方fang麵mian的de研yan究jiu仍reng然ran是shi一yi個ge巨ju大da的de挑tiao戰zhan。

基於此，該研究團隊通過不斷創新合成策略，利用“自下而上”的(de)合(he)成(cheng)方(fang)法(fa)
，通(tong)過(guo)二(er)氧(yang)化(hua)矽(gui)納(na)米(mi)小(xiao)球(qiu)作(zuo)為(wei)硬(ying)模(mo)板(ban)，采(cai)用(yong)一(yi)步(bu)化(hua)學(xue)合(he)成(cheng)法(fa)得(de)到(dao)了(le)均(jun)一(yi)的(de)介(jie)孔(kong)泡(pao)沫(mo)狀(zhuang)硫(liu)化(hua)鉬(mu)材(cai)料(liao)。多(duo)種(zhong)分(fen)析(xi)手(shou)段(duan)表(biao)明(ming)該(gai)結(jie)構(gou)實(shi)現(xian)了(le)其(qi)三(san)重(zhong)尺(chi)度(du)上(shang)性(xing)質(zhi)的(de)有(you)效(xiao)調(tiao)控(kong)：（1）在宏觀尺度上，均一的介孔孔道有助於反應物（H₃O+）和產物（H₂）的傳輸，更加親水的表麵有利於催化劑活性位的接觸；（2）在納米尺度上

，介孔框架內定向垂直生長的硫化鉬納米片層提供了豐富的邊緣催化活性位；（3）在原子尺度上
，在前期將單原子催化劑引入二硫化鉬骨架裏的基礎上（Energy Environ. Sci., 2015, 8, 1594），將(jiang)過(guo)渡(du)金(jin)屬(shu)鈷(gu)原(yuan)子(zi)引(yin)入(ru)到(dao)硫(liu)化(hua)鉬(mu)平(ping)麵(mian)內(nei)，替(ti)代(dai)部(bu)分(fen)鉬(mu)原(yuan)子(zi)，可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)修(xiu)飾(shi)表(biao)層(ceng)硫(liu)原(yuan)子(zi)的(de)電(dian)子(zi)結(jie)構(gou)
，進(jin)而(er)激(ji)發(fa)了(le)表(biao)層(ceng)硫(liu)原(yuan)子(zi)的(de)本(ben)征(zheng)催(cui)化(hua)活(huo)性(xing)，且(qie)實(shi)驗(yan)及(ji)理(li)論(lun)計(ji)算(suan)表(biao)明(ming)存(cun)在(zai)一(yi)個(ge)適(shi)中(zhong)的(de)鈷(gu)原(yuan)子(zi)摻(chan)雜(za)量(liang)（16.7%）shidecuihuahuoxingtiaobianzhizuiyouzhi。jiyuciduochidutiaokongdedaodesanweiduokongliuhuamujicuihuajibiaoxianchuleyouyidesuanxingdianjieshuizhiqingxingneng
，zhanshiletidaiguijinshucuihuajideqianli。gaigongzuotichudeduochidujiegouhedianzixingzhitiaokongdecelveweierweiliuhuamuzaicuihualingyudeyanjiuheyingyongtigonglexindeyanjiusilu
，yeweiqitaleisideerweicuihuacailiaodeshejihekaifatigonglejiejian。

以上研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、中科院前沿科學重點研究項目
、中科院納米先導專項和教育部能源材料化學協同創新中心（2011·iChEM）的資助。論文鏈接：https://www.nature.com/articles/ncomms14430。