摘要
以“绿氢”技术实现氢能生产、运输和利用过程“碳中和”。其中最重要的一环便是电解水制氢技术。受限于Pt系贵金属催化剂高昂的成本，该技术难以大规模推广应用。二硫化钼由于边缘位点优越的析氢活性而备受关注。边缘位点贫乏，导电能力不足限制了钼基催化剂的催化析氢能力。基于此，本课题以缺陷工程为主导，结合异质原子掺杂策略以实现MoS2边缘位点和基面位点的全利用。具体工作如下： 第一，采用简单的一步水热法成功在碳布上构筑了O-MoS2纳米片包覆的CoS2微米颗粒核壳结构：CoS2@O-MoS2-x-0.13。其中以独特的掺杂复合策略在MoS2纳米片基面构筑了均匀分散的S空位。其中，氧掺杂提高MoS2纳米片的原子错位程度，增加了边缘位点的含量。而S空位暴露的Mo位点（即EMAs）实现了惰性基面的活化。因此，相较于CoS2/CC和O-MoS2/CC，CoS2@O-MoS2-x-0.13的析氢性能得到显著提升，其在100mAcm-2电流密度下的过电位仅有143mV。 第二，为了探究S空位浓度和MoS2的基面催化析氢性能之间的关系，本工作首先从理论上分别计算了不同S空位浓度下，暴露Mo位点的理论含量（NEMAs）和氢吸附自由能（ΔGH）。研究表明，随着空位浓度提升，EMAs含量提升的同时，ΔGH却显著下降。很显然，理想的空位状态下能够实现EMAs和ΔGH的平衡。随后，借助所发展的掺杂复合策略实现了二硫化钼基面0-21.54%范围内的空位调控，进而实现理想的S空位状态。最终，当S空位浓度达到13.27%时，CoS2@O-MoS2-x/CC-15样品的二硫化钼基面出现了丰富且高活性的EMAs，进而展现出异乎寻常的析氢活性，其在100mAcm-2下的过电位仅有154mV。通过理论和实验研究，本工作建立起了空位浓度与二硫化钼的基面析氢活性的构效关系。结果表明，活性的EMAs才是析氢活性提升的关键因素。 第三，为了实现探究Se掺杂和H2O2对MoS2催化性能的影响，本工作首先分别对MoS2进行Se掺杂和H2O2刻蚀。结果表明，Se掺杂能够增加MoS2的晶格畸变和电子云密度，进而优化析氢动力学过程。而H2O2能够刻蚀掉部分S原子，进而略微增加基面活性位点含量。随后，在Se掺杂的基础上对MoS2进行H2O2刻蚀，这不仅继承了SeM的优异的析氢动力学，同时优先刻蚀部分Se杂原子，进而实现基面的活化。最终，SeM-0.2-120表现出优异的析氢能力，其在200mAcm-2下的过电位仅有200mV。
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