铜掺杂触发MoS2相邻硫位点活化以增强酸性介质中析氢反应性能

针对MoS2基面惰性导致析氢反应（HER）活性不足的问题，研究人员通过铜掺杂策略（Cu-MoS2）激活相邻硫位点，优化ΔGH*值至接近零，使催化剂在酸性介质中仅需172 mV过电位即可达到10 mA cm?2电流密度，Tafel斜率低至49 mV decade?1。该研究为二维材料电催化活性提升提供了新思路。

　　

氢能因其高能量密度和零污染特性被视为替代化石燃料的理想选择，而电催化分解水制氢（HER）是实现可持续氢能生产的关键技术。目前，铂（Pt）基催化剂虽性能优异，但高昂成本限制了其大规模应用。二硫化钼（MoS₂）因其成本低、储量丰富和化学稳定性成为Pt的潜在替代品，但其基面惰性和低本征导电性严重制约了HER活性。传统活化方法如缺陷工程和表面功能化存在稳定性差、活性提升有限等问题，亟需开发新策略突破性能瓶颈。

贵州大学的研究团队在《Journal of Electroanalytical Chemistry》发表研究，提出通过铜（Cu）掺杂激活MoS₂基面相邻硫（S）位点，显著提升HER活性。密度泛函理论（DFT）计算表明，Cu掺杂使相邻S位点的氢吸附自由能（ΔG_H*）趋近于零，同时将Mo的d带中心从-0.76 eV上移至-0.46 eV，优化了电子结构。实验合成的Cu-MoS₂纳米片在酸性介质中仅需172 mV过电位即可实现10 mA cm^?2电流密度，Tafel斜率低至49 mV decade^?1，性能媲美部分贵金属催化剂。

关键技术方法
研究采用水热法合成Cu-MoS₂纳米片，结合DFT计算分析电子结构和ΔG_H*，通过电化学测试（如线性扫描伏安法）评估HER性能，并利用态密度（DOS）和X射线光电子能谱（XPS）表征材料导电性与化学状态。

研究结果

1. DFT计算与电子结构调控：Cu掺杂后，相邻S位点的ΔG_H*接近零，表明H吸附能力显著优化；DOS分析显示Cu-MoS₂导电性提升。
2. 材料合成与表征：水热法制备的Cu-MoS₂纳米片具有超薄结构，XPS证实Cu成功掺入并改变S的化学环境。
3. HER性能测试：Cu-MoS₂在0.5 M H₂SO₄中表现出107 mV的起始过电位和172 mV@10 mA cm^?2的低过电位，活性优于未掺杂MoS₂。

结论与意义
该研究通过Cu掺杂实现了MoS₂基面S位点的选择性活化，突破了传统方法对活性位点数量的限制。DFT与实验结合证实，Cu不仅调节电子结构，还提升了材料本征导电性。这一“掺杂触发相邻位点活化”策略可拓展至其他二维材料，为设计高效非贵金属电催化剂提供了新范式。研究由贵州省教育厅和贵州大学专项基金支持，成果对推动氢能产业化具有重要意义。