MoS2双功能电催化作用：耦合质谱技术解析析氢反应与硝酸盐还原反应的协同机制与产物调控

本研究发现水热法合成的MoS2纳米花在酸性电解质中表现出双功能电催化特性：在H2SO4中优先催化析氢反应（HER），而在HNO3中转向硝酸盐还原（NO3?-RR）生成N2、N2H4和NH3等高附加值氮化合物。通过DEMS（差分电化学质谱）实时监测产物分布，结合电化学阻抗与Tafel分析，揭示了电解质性质对反应路径与动力学的调控机制，为绿色能源与污染控制提供了新材料策略。

　　

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Materials

采用二水钼酸钠（Na₂MoO₄·H₂O）和硫脲（CH₄N₂S）作为钼源与硫源，以去离子水为溶剂，所有试剂均直接使用未经纯化。

Synthesis of MoS₂

通过水热法合成MoS₂纳米花状结构：将钼源与硫源按Mo:S摩尔比1:4.3溶于50 ml去离子水，磁力搅拌60分钟后转移至高压反应釜，在200°C反应24小时。冷却后收集黑色沉淀，经洗涤干燥获得最终样品。

Structural and morphological characterization

X射线衍射（XRD）分析显示，商业MoS₂（MoS₂–0）与水热合成样品（MoS₂-H）均与六方晶系2H-MoS₂相（ICDD Card No. 00–037-1492）匹配，晶格参数为a＝3.1612 ?，b＝3.1612 ?，c＝12.298 ?。商业样品在2θ=14.26°、32.58°、39.44°等处呈现尖锐衍射峰，表明其高结晶度；而水热合成样品峰宽增加且出现1T相特征峰，证实其具有1T/2H混合相结构。

Conclusions

本研究证明非贵金属材料水热合成MoS₂（MoS₂-H）可依据酸性电解质类型调控法拉第电流响应：在H₂SO₄中优先进行HER，在HNO₃中则转向NO₃^?-RR生成多种氮化合物。拉曼光谱显示MoS₂-H存在2H/1T双相振动模式，XPS证实其表面富集Mo⁴⁺与S^2?活性位点。DEMS实时监测到HNO₃体系中N₂、N₂O、NH₃及N₂H₄的生成，揭示了电解质依赖性反应路径切换机制。