氫能是一種理想的清潔新能源，具有多用途、高能量密度和零排放等優(yōu)點(diǎn)。在電化學(xué)析氫反應(yīng)中，單層MoS2電催化劑具備高催化活性、低成本等優(yōu)勢(shì)成為替代貴金屬催化劑的潛在候選者。通常單層MoS2的析氫催化活性位點(diǎn)位于其邊緣位置處，而基面活性較差，這無(wú)法充分利用單層二維材料高比表面積優(yōu)勢(shì)。因此，目前文獻(xiàn)已經(jīng)報(bào)道了諸多調(diào)控方式例如構(gòu)建空位、點(diǎn)缺陷、原子摻雜等手段用以激發(fā)增加單層MoS2基面上的活性位點(diǎn)，增強(qiáng)其整體電催化性能。相關(guān)文獻(xiàn)中也明確指出MoS2基面上點(diǎn)缺陷會(huì)改變?cè)撎幍碾姾煞植?，進(jìn)而成為催化活性位點(diǎn)參與催化反應(yīng)。而且，改變電催化劑表面原子電荷分布會(huì)直接影響其催化活性。事實(shí)上，催化劑表面電荷分布差異本質(zhì)上是其原子電場(chǎng)分布差異導(dǎo)致的。值得注意的是，目前對(duì)催化劑表面缺陷引起的電荷/電場(chǎng)分布的理解更多的依賴(lài)于理論計(jì)算，因?yàn)閺膶?shí)驗(yàn)上很難直接觀(guān)察到催化劑表面原子缺陷的電場(chǎng)分布，這也成為一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的科學(xué)難題。因此，如果能從實(shí)驗(yàn)上直接觀(guān)察催化劑表面原子電荷/電場(chǎng)分布差異，將有利于從本源上探究電催化劑的催化機(jī)理。

在此，本文通過(guò)化學(xué)氣相沉積法首先制備出單層純MoS2，然后通過(guò)氫氣輔助煅燒在單層MoS2基面上構(gòu)建出高濃度的反占位原子缺陷結(jié)構(gòu)。結(jié)合微納電化學(xué)測(cè)試，其結(jié)果表明反占位缺陷的存在對(duì)MoS2的析氫催化性能有明顯提高。同時(shí)結(jié)合理論計(jì)算表明反占位缺陷會(huì)引起MoS2基面電荷分布呈現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)進(jìn)而增強(qiáng)整體催化活性。在這里，我們借助球差校正電鏡和先進(jìn)的差分相位襯度成像技術(shù)，首次表征出反占位缺陷的原子電場(chǎng)分布呈現(xiàn)極化現(xiàn)象，進(jìn)而引起其電荷分布不對(duì)稱(chēng)。從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了催化劑表面原子缺陷導(dǎo)致的電荷分布不對(duì)稱(chēng)來(lái)源于其電場(chǎng)極化，進(jìn)而有利于從原子層面上探究其催化機(jī)制。

該研究以“Atomic-level polarization in electric fields of defects for electrocatalysis”為題發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》。溫州大學(xué)為第一單位，我院王舜、袁一斐、何坤、許杰為本文作者，其中許杰特聘教授為第一作者，袁一斐教授、陸俊教授、羅俊教授及邵功磊研究員為本文共同通訊作者，相關(guān)工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金等資助，合作單位還包括浙江大學(xué)、電子科技大學(xué)和鄭州大學(xué)。

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“Atomic-level polarization in electric fields of defects for electrocatalysis.” https://www.nature.com/articles/s41467-023-43689-y