二維催化材料多尺度結構和電子性質調控獲新進展

近日，中科院大連化物所催化基礎國家重點實驗室鄧德會副研究員、包信和院士團隊成功實現了對二維硫化鉬原子晶體材料多尺度結構和電子性質的調控。相關研究成果發表在英國自然·通訊。

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。如電催化分解水制氫反應存在氣（H2）、液（H2O）、固（catalyst）三相界面，需要對其結構和電子性質進行多尺度調控和優化，以使其具備優異的本徵活性和適宜的表面結構。

該研究團隊利用“自下而上”合成方法，以二氧化硅納米小球作為硬模板，直接化學合成得到了均一的介孔泡沫狀硫化鉬材料，實現了性質在三重尺度上的有效調控：（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，更加親水的表面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內的基礎上，將過渡金屬鈷原子引入到硫化鉬平面內，替代部分鉬原子，有效修飾了表層硫原子的電子結構，激發了表層硫原子的本徵催化活性，同時，存在一個適中的鈷原子摻雜量（16.7%）使催化活性調變至最優值。基於此多尺度調控得到的規整介孔硫化鉬基催化劑表現出了優異的酸性電解水制氫性能，展示出其可替代貴金屬催化劑的潛力。

該工作提出的多尺度結構和電子性質調控策略為二維硫化鉬在催化領域的研究和應用提供了新的研究思路，也為其它類似二維催化材料的設計與開發提供了借鑑。