省科學(xué)院測(cè)試分析所（中國(guó)廣州分析測(cè)試中心）新技術(shù)實(shí)驗(yàn)室光電功能材料與器件研究團(tuán)隊(duì)（下稱(chēng)光電團(tuán)隊(duì)）在電催化原位表征研究方面取得突破，開(kāi)發(fā)出一種新型電催化原位屏蔽測(cè)試方法用于探測(cè)催化劑活性位點(diǎn)，并揭示了雙核協(xié)同催化制氫機(jī)理。

　　近年來(lái)，二硫化鉬（MoS2）因其低成本、豐度高、結(jié)構(gòu)可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注，被認(rèn)為是一種很有潛力的下一代電化學(xué)析氫催化劑材料。然而，MoS2的活性位點(diǎn)少的問(wèn)題極大地限制了其催化性能，為此首先需確定催化劑中的活性位點(diǎn)，進(jìn)而有針對(duì)性的創(chuàng)建更多催化活性位點(diǎn)。而如何鑒別電催化中的活性位點(diǎn)則成為首要解決的技術(shù)問(wèn)題，也是電催化行業(yè)中面臨的共性難題和挑戰(zhàn)。

　　圖 Ni2Mo6S6O2/MoS2原位屏蔽測(cè)試結(jié)果與Ni2Mo6S6O2分子結(jié)構(gòu)示意圖

　　針對(duì)以上問(wèn)題，光電團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種原位屏蔽測(cè)試法，研究發(fā)現(xiàn)特定的屏蔽劑可原位選擇性地屏蔽催化劑中的特定位點(diǎn)，通過(guò)分析屏蔽后的催化劑性能，可判斷具體的活性位點(diǎn)。光電團(tuán)隊(duì)通過(guò)大量的探索性篩選實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硫氰化鉀（KSCN）和過(guò)氧化氫（H2O2）可分別作為鎳（Ni）和鉬（Mo）的原位選擇性屏蔽劑。利用所開(kāi)發(fā)的原位屏蔽方法，對(duì)團(tuán)隊(duì)最近開(kāi)發(fā)的Ni2Mo6S6O2/MoS2復(fù)雜體系進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明Ni和Mo均為催化析氫活性位點(diǎn)。進(jìn)一步的DFT理論分析表明，Ni、Mo在催化析氫過(guò)程中形成獨(dú)特的雙核協(xié)同催化效應(yīng)，是Ni2Mo6S6O2/MoS2性能提升的重要原因。電催化性能測(cè)試結(jié)果顯示，這種新型Ni2Mo6S6O2/MoS2催化劑在10 mA cm-2電流密度下的過(guò)電位為90 mV，析氫性能相比于MoS2大幅提高。穩(wěn)定性測(cè)試表明，催化劑可以在250 mA cm-2電流密度下產(chǎn)氫，24小時(shí)內(nèi)活性沒(méi)有下降。

　　該原位屏蔽測(cè)試法是首次應(yīng)用于電催化領(lǐng)域，為催化劑活性位點(diǎn)的鑒別提供了一種簡(jiǎn)單易行的表征方法，對(duì)揭示電催化反應(yīng)機(jī)理和催化劑的定向設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有重要的意義。

　　相關(guān)成果發(fā)表于工程技術(shù)類(lèi)權(quán)威期刊《Chemical Engineering Journal》。測(cè)試分析所（中廣測(cè)）為第一和通訊作者單位，上述工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃項(xiàng)目和廣東省科學(xué)院建設(shè)國(guó)內(nèi)一流研究機(jī)構(gòu)行動(dòng)專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目的支持。

　　此前，光電團(tuán)隊(duì)已針對(duì)MoS2導(dǎo)電性差的問(wèn)題，設(shè)計(jì)合成了CoMo2S4有效降低了MoS2的電阻率，相關(guān)工作發(fā)表在期刊《Advanced Functional Materials》。

　　論文信息：

　　[1] Cheng, H., Diao, Y., Liu, Q., Wei, L., Li, X., Chen, J., & Wang, F. (2021). Di-nuclear metal synergistic catalysis: Ni2Mo6S6O2/MoS2 two-dimensional nanosheets for hydrogen evolution reaction. Chemical Engineering Journal, 131084.

　　[2] Cheng, H., Liu, Q., Diao, Y., Wei, L., Chen, J., & Wang, F. (2021). CoMo2S4 with Superior Conductivity for Electrocatalytic Hydrogen Evolution: Elucidating the Key Role of Co. Advanced Functional Materials, 2103732.

　　論文鏈接：

　　[1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721026668

　　[2] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202103732

　　(省科學(xué)院測(cè)試分析所 成暉、汪福憲/撰稿）