JierHuangamp顾竞教授N [复制链接]

第一作者：BrianPattengale

通讯作者：顾竞,JierHuang

单位：圣地亚哥州立大学马凯特大学

研究背景

开发高效、经济高效的析氢反应（HER）催化剂来支持氢经济的发展仍然是一个需要克服的难题。MoS2是一种很有前途的催化剂，其既能满足技术要求，又能满足经济要求。人们对不同形态和成分的MoS2的催化机理进行了大量的研究，如化学剥落MoS2、纳米结构颗粒、异质结构、非晶态等，实验和计算结果表明，MoS2晶体的边缘位置具有催化活性，但其基面是惰性的。因此，激活惰性基面是进一步提高MoS2活性的理想途径。1T-MoS2和单原子修饰的类似物代表了一类非常有前途的低成本析氢反应(HER)催化剂。尽管单原子对于更有效的HER具有重要意义，然而无论是作为活性物种还是促进剂，其作用仍然不明确。

文章简介

近日，美国马凯特大学JierHuang教授，圣地亚哥州立大学顾竞教授等在国际知名期刊NatureCommunications(影响因子：12.)上发表题为“Dynamicevolutionandreversibilityofsingle-atomNi(II)activesitein1T-MoS2electrocatalystsforhydrogenevolution”的研究工作。该工作在酸性条件下，直接观察到Ni

1T-MoS2HER电催化剂基底边缘单原子Ni取代Mo和S作为活性位点，从而有效地提高了HER性能。MoS2的1T相中Mo和Ni原子均为八面体结构。原位X射线吸收光谱(XAS)研究结果表明，在酸性电解质中，HER的主要活性位点是Ni单原子，而在碱性介质中，Ni单原子在外加电位的作用下，重构成S负载的NiO物种，并可逆地形成金属活性物种。这些发现为最先进的1T-MoS2HER电催化剂中基面Ni活性中心的动态演变提供了重要的见解，从而揭示了决定催化功能的关键中间体和活性物种。该文章第一作者为美国马凯特大学的BrianPattengale美国马凯特大学JierHuang教授和圣地亚哥州立大学顾竞老师为本文共同通讯作者

要点解析

要点一：Ni

1T-MoS2的结构

图1.

1T-MoS2结构片段，基面掺杂NiO部分显示在中心。要点二：Ni

1T-MoS2样品的STEM表征

图2.

60?keV单层样品的原子分辨率ADF-STEM图像。比例尺的长度为5?。b沿（a）中蓝色和红色矩形表示的两条相邻线的强度分布。红色箭头指向Ni单原子的位置。要点三：利用原位X射线吸收光谱(XAS)研究酸碱条件下的催化活性位点

图3.

Ni

1T-MoS2的XANES光谱，b一阶导数光谱和c傅里叶变换的R空间光谱（开放点）和拟合（实线）。

图4.

Ni

1T-MoS2的XANES光谱，b一阶导数光谱和c傅里叶变换的R空间光谱（开放点）和拟合（实线）。

图5.

将MoKedgeK空间谱和bR空间谱、cNikedgeK空间谱和dR空间谱非原位EXAFS结果进行了比较。要点六：Ni

1T-MoS2在酸碱条件下的活性位点。

图6.

酸性（左）和碱性（右）条件下的活性物质。在碱性条件下，所示结构具有代表性，本文进一步讨论了Ni0团簇的大小。

结论

本文利用了原位XAS研究，以研究高性能Ni

1T-MoS2HER电催化剂在Mo和NiKedge的活性位点结构。研究发现，在电解液和电势驱动电催化过程中Mo位点变化很小。然而却观察到活性Ni单原子位点具有显著的变化。在酸性电解液中，Ni中心的活性中心结构在催化过程中发生氧化态的净还原而不改变其本征结构。同时在碱性介质中进行结构重建，形成NiSxOy物种，可逆转地形成催化活性的NiO物种。这些发现提供了直接证据，表明在酸性条件下，单原子Ni(II)本身在Ni

1T-MoS2界面上表现为活性位点，而在碱性介质中进行结构重构，形成NiSxOy种，在施加电位下可逆地形成催化活性NiO种。此外，由于大多数Ni单原子都放置在1T-MOS2的基底边缘，这些结果也支持了以下事实：Ni

1T-MOS2基底平面中的Ni位点在酸性条件下对HER有活性，并揭示了1T-MOS2中Ni位点在碱性条件下的功能和演化。文章链接ynamicevolutionandreversibilityofsingle-atomNi(II)activesitein1T-MoS2electrocatalystsforhydrogenevolution