AFM：表面修饰MoS2纳米片单原子催化剂用于高效析氢

过渡金属二硫化物（MS2），如MoS2，WS2，MoSe2，WSe2等，因具有较高催化活性和较低价格而引起了广泛的研究兴趣。由于二硫化钼（MoS2）的氢结合能接近于Pt，在水中显示出良好的HER活性，并且其储量丰富、开发成本低等优势，被视为是铂基贵金属电催化剂的替代物之一。研究表明，位于MoS2 (010)和(100)晶面边缘不饱和的Mo原子和S原子是HER活性位点，但MoS2的活性位点丰度小与层间导电性差，大大限制了它的HER性能。因此，通过结构设计或合成复合材料以暴露更多的边缘活性位，是有效改善MoS2催化性能的方式。而单原子修饰催化剂来提升催化活性被认为是未来的研究热点。但是，如何在单原子修饰催化剂的过程中避免单原子的团聚和迁移仍然是一个巨大的挑战。

近日，新加坡南洋理工大学的楼雄文研究团队通过原子级表面修饰策略实现具有高活性MoS2基催化剂的构筑。该材料通过Ni的引入，替代部分Mo原子，有效地优化了面内S原子的电子结构，激发其本征活性；同时以多孔道纳米纤维为基底，促进电子转移，增强催化剂导电性，从而协同提高催化剂的析氢活性。该研究成果以”Surface Modulation of Hierarchical MoS2 Nanosheets by Ni Single Atoms for Enhanced Electrocatalytic Hydrogen Evolution“为题发表在Advanced Functional Materials期刊。

图1 MCM@MoS2–Ni合成示意图

研究团队以聚苯乙烯为孔道塑形剂，聚丙烯腈为碳源，通过静电纺丝与煅烧的方法得到多孔道的一维纳米碳纤维；再用溶剂热法在碳纤维上合成MoS2纳米片；最后采用浸渍法进行单一Ni原子的修饰，得到负载在多孔道碳纤维上单原子修饰的MoS2纳米片（MCM@MoS2–Ni）。

图2 MCM@MoS2–Ni表征：(a)—(d) FESEM图；(e,f) TEM图;(g) HRTEM图；(h,i) 原子级分辨率图及其快速傅里叶变换滤波图; (j) HAADF-STEM图；(k,l) EELS图及其元素映射图

图3 (a) Ni的K边EXAFS谱；(b) MCM@MoS2–Ni在R空间的数据拟合图；(c,d) MCM@MoS2–Ni和镍箔的k3加权小波变换图；(e) MCM@MoS2–Ni在K空间的数据拟合图；(f) Ni的K边XANES谱

图4 (a) MCM@MoS2和(b) MCM@MoS2–Ni的能带结构图；(c) 酸性条件下线性扫描图；(d) Tafel斜率对比图；(e) -250 mV下计时电流扫描图；(f) 首次与第1000次线性扫描图；(g) 不同扫速的循环伏安图，(h) 固液界面双电层电容（Cdl）数据图；(i) 电化学阻抗图

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