五单位联合Nature子刊：简单退火法合成具有Frenkel缺陷的单层MoS2，实现高性能HER
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基于有限的化石燃料资源的世界不断增长的能源需求以及有记录的人为对气候的影响激发了对可再生能源技术的研究热情。目前，一个重点领域是用于电催化水分解的材料和系统，因为它具有高能量密度和燃烧过程中的零碳排放。高效且经济的电催化剂是实现HER重要应用的关键，而过渡金属二硫属化物(TMDs)由于其低成本和高HER活性而受到广泛关注。据报道，二维TMD电催化剂在高电流密度下具有比商业基准Pt/C催化剂更高的HER性能，在工业制氢中显示出巨大的前景。
基于此， 苏州大学李彦光 、 郑州大学周震 、 天津理工大学罗俊 、 湖南大学刘松 和 华东理工大学戴升 等设计并通过简单的Ar退火处理合成了一种Frenkel缺陷的单层MoS 2 催化剂(FD-MoS 2 ，包括FD-MoS 2 -3、FD-MoS 2 -5和FD-MoS 2 -15)，通过AC-STEM观察揭示了MoS 2 中Frenkel缺陷的原子构型。
微反应器电化学评估表明FD-MoS 2 -5催化剂的HER活性显著增强，其中在10 mA cm -2 电流密度下的过电位仅为164 mV，远低于Pt单原子掺杂单层MoS 2 平面(211 mV)和原始单层MoS 2 平面(358 mV)的过电位。
密度泛函理论(DFT)计算揭示了MoS 2 中Frenkel缺陷引入的独特电荷分布和H吸附位点。其中，MoS 2 中的一部分Mo原子自发地离开它们在晶格中的位置，通过在附近位置产生空位并成为间隙原子；在MoS 2 表面面引入了独特的电荷分布，这些间隙Mo原子更有利于H的吸附，从而极大地促进了单层MoS 2 基面的HER活性。
这项工作不仅深入了解了点缺陷MoS 2 材料的结构-性能关系，而且在原子水平上为二维电化学催化剂提供了一种有效且经济的缺陷工程策略。
Frenkel-Defected Monolayer MoS 2 Catalysts for Efficient Hydrogen Evolution. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-29929-7
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