五單位聯(lián)合Nature子刊：簡單退火法合成具有Frenkel缺陷的單層MoS2，實現(xiàn)高性能HER
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基于有限的化石燃料資源的世界不斷增長的能源需求以及有記錄的人為對氣候的影響激發(fā)了對可再生能源技術的研究熱情。目前，一個重點領域是用于電催化水分解的材料和系統(tǒng)，因為它具有高能量密度和燃燒過程中的零碳排放。高效且經(jīng)濟的電催化劑是實現(xiàn)HER重要應用的關鍵，而過渡金屬二硫?qū)倩?TMDs)由于其低成本和高HER活性而受到廣泛關注。據(jù)報道，二維TMD電催化劑在高電流密度下具有比商業(yè)基準Pt/C催化劑更高的HER性能，在工業(yè)制氫中顯示出巨大的前景。
基于此， 蘇州大學李彥光 、 鄭州大學周震 、 天津理工大學羅俊 、 湖南大學劉松 和 華東理工大學戴升 等設計并通過簡單的Ar退火處理合成了一種Frenkel缺陷的單層MoS 2 催化劑(FD-MoS 2 ，包括FD-MoS 2 -3、FD-MoS 2 -5和FD-MoS 2 -15)，通過AC-STEM觀察揭示了MoS 2 中Frenkel缺陷的原子構(gòu)型。
微反應器電化學評估表明FD-MoS 2 -5催化劑的HER活性顯著增強，其中在10 mA cm -2 電流密度下的過電位僅為164 mV，遠低于Pt單原子摻雜單層MoS 2 平面(211 mV)和原始單層MoS 2 平面(358 mV)的過電位。
密度泛函理論(DFT)計算揭示了MoS 2 中Frenkel缺陷引入的獨特電荷分布和H吸附位點。其中，MoS 2 中的一部分Mo原子自發(fā)地離開它們在晶格中的位置，通過在附近位置產(chǎn)生空位并成為間隙原子；在MoS 2 表面面引入了獨特的電荷分布，這些間隙Mo原子更有利于H的吸附，從而極大地促進了單層MoS 2 基面的HER活性。
這項工作不僅深入了解了點缺陷MoS 2 材料的結(jié)構(gòu)-性能關系，而且在原子水平上為二維電化學催化劑提供了一種有效且經(jīng)濟的缺陷工程策略。
Frenkel-Defected Monolayer MoS 2 Catalysts for Efficient Hydrogen Evolution. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-29929-7
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