基于MoS2 光催化剂的光解水制氢技术：进展、挑战与未来展望

为解决全球能源危机和环境污染问题，研究人员针对MoS2 基光催化剂在光解水制氢中的性能瓶颈，系统综述了其电子结构调控、异质结构建及牺牲剂优化等策略，揭示了MoS2 作为主催化剂（而非传统助催化剂）的潜力。该研究为开发高效、稳定的非贵金属光催化剂提供了新思路，对推动可再生能源技术发展具有重要意义。

　　

随着化石燃料枯竭和环境污染加剧，开发清洁可再生能源成为全球迫切需求。氢能因其能量密度高、零碳排放等优势被视为理想替代能源，而利用太阳能驱动光催化水分解制氢技术更是研究热点。然而，该技术面临核心瓶颈——传统光催化剂如TiO₂
仅能吸收紫外光（仅占太阳光谱5%），且贵金属助催化剂（如Pt）成本高昂。二硫化钼(MoS₂
)作为过渡金属二硫属化物(TMDs)代表，因其可见光响应、合适能带位置（导带-0.12eV，价带1.78eV）和地球储量丰富等特性脱颖而出，但其固有缺陷如电荷复合率高、基底面惰性及1T相不稳定性严重制约实际应用。

为突破这些限制，研究人员系统探索了MoS₂
基光催化剂的改性策略。研究首先解析了MoS₂
的本征特性：晶体结构上存在2H（半导体性）、1T（金属性）和3R三种相态，其中1T-MoS₂
虽导电性优异但稳定性差；电子结构呈现层数依赖的带隙变化（体材料1.2eV→单层1.9eV）。通过水分解机理分析发现，MoS₂
边缘硫空位可作为氢吸附活性位点，但其基底面ΔG_H
值达1.92eV，导致催化惰性。

研究团队采用多种技术手段优化性能：

1. 元素掺杂：通过Co、Ni等金属或P等非金属掺杂调控电子结构，如P-MoS₂
   带隙降至1.77eV，产氢速率提升2.8倍；
2. 异质结构建：形成II型（如MoS₂
   /CdS）或Z型（如1T-MoS₂
   /g-C₃
   N₄
   ）电荷转移通道，其中MoS₂
   /Ti₃
   C₂
   MXene复合体系因界面电场作用使产氢量提升2.3倍；
3. 相工程：通过Li⁺
   插层实现2H→1T相变，结合Bi/Pd共掺杂使HER活性显著增强；
4. 牺牲剂优化：Na₂
   S/Na₂
   SO₃
   体系通过消耗空穴（h⁺
   ）抑制电荷复合，使MoS₂
   /Ag₂
   S产氢达3516 μmol·h^-1
   ·g^-1
   。

在合成方法上，研究对比了自上而下（机械剥离、液相剥离）和自下而上（水热法、化学气相沉积）两类途径。其中水热法因操作简便、成本低成为主流，但面临层数不可控问题；CVD法则可制备高纯度单层MoS₂
，但需高温真空环境。

研究结论与展望指出：MoS₂
作为主催化剂时，通过与MXene、石墨烯等高导电材料复合可突破性能瓶颈（如MoS₂
/Ti₃
C₂
产氢达6144.7 μmol·h^-1
·g^-1
）。未来应聚焦AI辅助设计1T/2H混合相结构、开发原位生长技术强化界面耦合，以及建立规模化制备工艺。该研究不仅深化了对TMDs材料构效关系的理解，更为开发高效、稳定的非贵金属光催化剂体系提供了理论指导和技术路径，对推动氢能产业化具有重要战略意义。论文发表于《Materials Today Sustainability》，为可持续能源材料领域提供了重要参考。