【原】西安交大《Small》通过界面工程获得异质结构，实现高性能催化产氢

导读：本文通过界面诱导的方法实现了高百分比的3D-1T MoS2/CoS2异质纳米结构，该结构在酸性和碱性条件下都具有较好的产氢性能。同时这种方法可以很容易地扩展各种二维纳米异质结，进而促进高性能异质结的发展。

众所周知，异质结构会触发界面中的电子转移，可以调整界面的电子状态并优化催化活性，导致高催化性能。相对于2H相的二硫化钼，1T相的二硫化钼具有更好的催化活性位点，目前，如何制备1T相二硫化钼的异制结依旧是一个挑战。

近日，西安交通大学的材料与科学工程学院的宋江选（通讯作者）通过一步法硫化钼酸钴氧化物获得了高性能产氢的3D-1T MoS₂/CoS₂异质结构。相关论文以题为“3D1T-MoS₂/CoS₂ Heterostructure via Interface Engineering for Ultrafast Hydrogen Evolution Reaction”发表在small期刊上。

论文链接：

https://pubmed.ncbi.nlm./32686314/

研究结果发现3D-1T MoS₂/CoS₂具有沿着纳米棒的独立纳米片的结构，因此暴露了更多的活性位点。界面诱导使得MoS₂由2H相转变为1T相，从而具有更好的导电性和电子传输能力。在酸性条件下可达到26mV的过电势（电流密度为10mA/cm²）且稳定性高达120小时，同时在碱性条件下也达到了71mV的过电势（电流密度为10mA/cm²）且稳定性高达72小时。

进一步通过密度泛函理论进行了分析在1T-MoS₂和CoS₂的异制结构的界面处，MoS₂和CoS₂面表现出超高的HER活性，几乎-0.01和-0.009 eV的零ΔGH，比最新的Pt催化剂（-0.08 eV）小。这表明异质结界面是HER的活跃中心，从而实现了超快氢吸附和解吸动力学。

图1.钼酸钴氧化物和1T-MoS₂/CoS₂异质结构的表征。 a)为合成路线的示意图。b)钼酸钴氧化物的SEM图像，插图为更高倍数的SEM图像。c–h）1T-MoS₂/CoS₂异质结的表征。c）SEM图片。d）对应的EDS映射。e）不同分辨率的TEM图像。f, g）1T-MoS₂/CoS₂异质结构的HRTEM图像。插图是MoS₂的层间距离和1T和2H MoS₂的原子结构。

图2：3D 1T-MoS₂/CoS₂异制结的结构表征，a)为XRD表征，b)为拉曼表征，c)和d)分别为Mo和S的XPS表征。

图3：a-c)1 m KOH和d-i)0.5 m H₂SO₄中，催化剂对HER的电化学性能。 a,d)Pt/ C，MoS₂/CoS₂异质结构，MoS₂纳米片和CoS₂纳米片为催化剂的线性扫描伏安法（LSV）的曲线。 b,e)图为相应的Tafel曲线。c, f)为在不同电流密度下MoS₂/CoS₂异质结构的稳定性测试图。 g)为1000个循环前后的MoS₂/CoS₂异质结构的极化曲线，h)为MoS₂/CoS₂异质结构在100至200 mV的各种超电势下的奈奎斯特图。 I)为 MoS₂/CoS₂异质结构，MoS₂纳米片和CoS₂纳米片的CV图。

图4.不同位置的H值的吉布斯自由能。DFT计算中使用的理论模型以及各种采用的吸附

H在模型表面上的位置，其中绿色，黄色，紫色和红色球形分别表示Mo，S，Co和H。 a）1T-MoS₂，b）CoS₂，c）MoS₂，d）MoS₂/CoS₂上的CoS₂活性位点。e）在不同活性位点计算的HER的吉布斯自由能图。

总的来说，通过硫化钼酸钴氧化物得到3D-1T MoS₂/CoS₂异质结构，这种异制结构具有更多的催化活性位点，同时CoS₂和MoS₂强相互作用促使MoS₂从2H相过渡到1T相，大大增加了异质结的电子传输。因此3D-1TMoS₂/CoS₂在酸碱溶液中都具有良好的催化性能。（文：李婧）