通过缺陷工程激活二硫化钼基面增强析氢反应性能

本研究针对析氢反应(HER)催化剂存在的过电位高、动力学缓慢等问题，通过氩离子轰击和氙灯照射构建缺陷，制备了铂掺杂六方相二硫化钼(Pt@Ar-2H MoS2)催化剂。该催化剂在10 mA cm?2电流密度下仅需52 mV过电位，塔菲尔斜率低至77.4 mV dec?1，电荷转移电阻仅20 Ω，展现出优异的HER活性和稳定性，为过渡金属硫化物催化剂设计提供了新思路。

　　

氢能作为清洁能源的代表，其高效制备一直是能源领域的核心挑战。析氢反应(HER)虽是最具前景的产氢途径，但现有催化剂普遍面临铂(Pt)贵金属用量大、催化效率低等瓶颈。二硫化钼(MoS₂)因其独特的层状结构和可调电子特性被视为潜在替代材料，但其基面固有的催化惰性严重制约性能突破。传统掺杂策略常因原子分布不均导致活性位点利用率低下，如何通过精准调控材料缺陷结构提升催化效率成为关键科学问题。

针对这一挑战，研究人员在Results in Chemistry发表的最新研究中，创新性地采用氩离子轰击结合氙灯照射的物理处理方法，在六方相二硫化钼(2H MoS₂)基面构建可控缺陷，并成功实现铂原子的均匀负载。该工作通过系统的材料表征和电化学测试，证实缺陷工程可有效激活MoS₂基面活性，为开发高效非贵金属催化剂提供了重要理论依据和实践路径。

关键技术方法包括：通过水热法合成垂直生长的2H MoS₂/CC（碳布）基底；采用10 keV氩离子轰击15分钟构建缺陷结构；利用氙灯辅助光沉积法负载铂原子；借助场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)分析材料形貌与化学状态；采用三电极体系在0.5 M H₂SO₄溶液中测试HER性能，通过线性扫描伏安法(LSV)、电化学阻抗谱(EIS)等评估催化活性。

结果与讨论
材料表征：XRD图谱显示处理后仍保持2H MoS₂特征峰（14.2°、33.2°、58.8°）。TEM直接观察到缺陷结构，EDS mapping证实铂元素均匀分布。XPS分析揭示氩离子轰击导致Mo 3d和S 2p结合能正移（Mo 3d_5/2从229.55 eV升至232.85 eV），表明缺陷引起局部电子重排。

电子结构调控：对比Pt@2H MoS₂，Pt@Ar-2H MoS₂中铂4f轨道结合能升高（71.94 vs 71.63 eV），而Mo/S价态降低，证实缺陷位点促进电子从铂向MoS₂基体转移，优化氢吸附自由能。

HER性能：Pt@Ar-2H MoS₂在10 mA cm^?2电流密度下过电位仅52 mV，显著低于原始2H MoS₂（266 mV）。77.4 mV dec^?1的塔菲尔斜率表明其遵循Volmer-Heyrovsky反应机制。49.57 mF cm^?2的双层电容和20 Ω的电荷转移电阻证实缺陷工程大幅提升活性位点密度和电子传输效率。

稳定性验证：10,000次循环后SEM显示纳米片结构完好，XRD和XPS谱图未发生明显变化，证明材料具有优异的结构稳定性。与文献报道的MoS₂基催化剂相比，该材料在过电位和塔菲尔斜率等关键指标上具有明显优势。

这项研究通过创新的缺陷工程策略，成功解决了MoS₂基面催化活性不足和贵金属分布不均两大难题。氩离子轰击产生的缺陷不仅作为铂原子的锚定位点，更通过局部电子重排优化了反应中间体的吸附能。垂直排列的纳米片结构确保活性位点充分暴露，而铂与缺陷的协同作用则显著加速质子转移过程。该工作为设计高效、稳定的非贵金属HER催化剂提供了新范式，对推动氢能产业化发展具有重要指导意义。特别值得注意的是，这种物理处理方法避免了复杂化学修饰可能引入的杂质问题，展现出良好的工艺可控性和可扩展性，为过渡金属硫化物催化剂的工业化制备开辟了新途径。