二维催化材料多尺度结构和电子性质调控获新进展

最近，中科院大连化学研究所催化与基础国家重点实验室副研究员邓德辉院士和鲍新河院士成功控制了二维硫化钼原子晶体材料的多尺度结构和电子性质。相关的研究结果发表在《英国自然通讯》上。

二维硫化钼由于其独特的物理和化学特性，在光、电和传统多相催化方面具有广阔的应用前景。例如，在水的电催化分解产生氢的过程中，存在气体(H2)、液体(H2O)和固体(催化剂)三相界面。因此，需要对其结构和电子性质进行多尺度调控和优化，使其具有优异的内在活性和合适的表面结构。

该研究团队采用“自下而上”的合成方法，以二氧化硅纳米球为硬模板，直接化学合成得到均匀的介孔硫化钼泡沫材料，实现了三个尺度上的性能有效控制:(1)宏观上，均匀的介孔孔道有利于反应物(H3O+)和产物(H2)的传输，更亲水的表面有利于催化剂活性位点的接触；(2)在纳米尺度上，介孔骨架中垂直取向的硫化钼纳米片提供了丰富的边缘催化活性位点；(3)在原子尺度上，在早期将单原子催化剂引入二硫化钼骨架的基础上，将过渡金属钴原子引入硫化钼平面，取代部分钼原子，有效地修饰了表面硫原子的电子结构，激发了表面硫原子固有的催化活性。同时，存在适度的钴原子掺杂量(16.7%)，以将催化活性调节到最佳值。基于多尺度调控获得的结构化介孔硫化钼基催化剂显示出优异的酸性电解水制氢性能，并显示出替代贵金属催化剂的潜力。

本文提出的多尺度结构和电子性质控制策略为二维硫化钼在催化领域的研究和应用提供了新的研究思路，也为其他类似二维催化材料的设计和开发提供了参考。