硫空位精准调控的MoS2 /Ni3 S2 异质结高效催化析氢反应研究

为解决MoS2 催化剂活性位点暴露不足的问题，研究人员通过溶剂热-高温热解两步法构建了硫空位可调的1T/2H混合相MoS2 /Ni3 S2 异质结。该催化剂在10 mA cm?2 电流密度下仅需84 mV过电位，稳定性优于商用Pt/C，为绿色氢能转换材料设计提供了新思路。

　　

在碳中和背景下，电解水制氢技术被视为绿色能源转型的关键。作为阴极析氢反应(HER)的核心，铂族催化剂虽性能优异却受限于高昂成本。二维材料二硫化钼(MoS₂
)因其类铂的氢吸附自由能成为研究热点，但本征2H相导电性差、活性位点有限的缺陷严重制约其应用。如何通过相工程与缺陷调控协同提升MoS₂
催化性能，成为当前研究的瓶颈问题。

塔里木大学研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表的研究中，创新性地采用葡萄糖辅助的溶剂热-热解两步法，在泡沫镍(NF)基底上构建了硫空位(V_S
)精准调控的1T/2H-MoS₂
/Ni₃
S₂
异质结催化剂。通过调控葡萄糖添加量和热解温度(550°C)，实现了对硫空位浓度和相组成的双重控制，最终获得的Ni₃
S₂
/MoS₂
(V_g10
)/NF展现出84 mV@10 mA cm^?2
的超低过电位，并突破性地在10小时恒流测试中稳定性超越商用Pt/C。

关键技术方法：

1. 溶剂热法在200°C下24小时实现镍掺杂；
2. 葡萄糖辅助调控硫空位浓度；
3. 550°C高温热解2小时构建异质结；
4. 电化学工作站测试HER性能；
5. X射线光电子能谱(XPS)表征电子结构。

研究结果：
【材料表征】
扫描电镜显示热解后材料形成三维多孔结构，XPS证实1T相占比达47.8%。拉曼光谱中E¹
_2g
和A_1g
峰位偏移表明强界面耦合作用，EPR测试直接检测到硫空位信号。

【电化学性能】
线性扫描伏安(LSV)测试显示V_g10
样品塔菲尔斜率仅49 mV dec^?1
，电化学阻抗谱(EIS)揭示其电荷转移电阻比纯MoS₂
降低85%。原位拉曼证实硫空位促进H*吸附中间体形成。

【机理分析】
密度泛函理论(DFT)计算表明：1) 异质界面加速电子转移；2) 硫空位将水解离能垒从1.58 eV降至0.76 eV；3) 1T相提升本征导电性，三者协同降低反应活化能。

结论与意义：
该研究通过精准调控硫空位浓度与异质界面工程，首次实现MoS₂
基催化剂在活性和稳定性上双超铂碳。创新点在于：1) 建立葡萄糖含量-硫空位浓度定量关系；2) 阐明1T/2H相界面对电子结构的调制机制；3) 提出"空位-界面协同效应"新模型。这项工作不仅为非贵金属催化剂设计提供了普适性策略，更为绿氢产业化解决了关键材料瓶颈，被审稿人评价为"缺陷工程与异质结构建的典范研究"。