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提高MoS2催化产氢性能

第一作者:汪淏田(斯坦福大学/哈佛大学);Charlie Tsai(斯坦福大学)

通讯作者:Jens K. Nørskov(斯坦福大学);崔屹(斯坦福大学)


发展廉价、高活性的产氢或其他催化反应的新型催化剂对于清洁能源的高效存储和利用至关重要。大量的实验和理论结果表明,催化剂表面的电子结构足够决定其催化活性的高低,也正是这一重要的构性关系指导我们去研究一系列方法来改变已知催化剂的电子结构,以期达到提升其催化性能的目的。以MoS2催化剂为例,其原子层边缘位点包含两种不同位点,分别是Mo位点和S位点,其中只有Mo位点是电化学产氢的活性位点。我们通过理论计算表明,如果能够对MoS2的S位点进行其他过渡金属掺杂,其电子结构将发生很大变化,可活化S位点的产氢性能以整体提高MoS2催化产氢性能。在实验上,垂直站立的MoS2原子层为我们提供了一个结构模板来进行理论验证。我们在MoS2的边缘位点上大量掺杂铁、钴、镍、铜等过渡金属元素后发现,MoS2催化剂的产氢性能提高了两倍以上,与理论计算结果吻合。这项工作通过以理论计算为指导,以模型试验来验证的模式,进一步提高对催化剂和催化反应的深入理解,对未来提高催化剂活性有指导性意义。


团队介绍:
斯坦福大学崔屹课题组将纳米技术广泛应用于锂离子电池、电化学催化、环境保护、太阳能转换、智能衣服、生物信号探测等尖端领域,取得一系列原创性突破,在Science等国际顶尖杂志发表370篇文章,并将两项技术转化为大规模生产,创立了Amprius电池公司和4C Air空气滤膜公司。


参考文献:
Haotian Wang, Charlie Tsai, Desheng Kong, Karen Chan, Frank Abild-Pedersen, Jens K. Nørskov*, Yi Cui*. Transition-metal doped edge sites in vertically aligned MoS2 catalysts for enhanced hydrogen evolution. Nano Research 2015, 8(2): 566–575. (DOI 10.1007/s12274-014-0677-7)

https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-014-0677-7 

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