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過渡金屬二硫化物（MS2），如MoS2，WS2，MoSe2，WSe2等，因具有較高催化活性和較低價格而引起了廣泛的研究興趣。由于二硫化鉬（MoS2）的氫結合能接近于Pt，在水中顯示出良好的HER活性，并且其儲量豐富、開發成本低等優勢，被視為是鉑基貴金屬電催化劑的替代物之一。研究表明，位于MoS2 (010)和(100)晶面邊緣不飽和的Mo原子和S原子是HER活性位點，但MoS2的活性位點豐度小與層間導電性差，大大限制了它的HER性能。因此，通過結構設計或合成復合材料以暴露更多的邊緣活性位，是有效改善MoS2催化性能的方式。而單原子修飾催化劑來提升催化活性被認為是未來的研究熱點。但是，如何在單原子修飾催化劑的過程中避免單原子的團聚和遷移仍然是一個巨大的挑戰。
近日，新加坡南洋理工大學的樓雄文研究團隊通過原子級表面修飾策略實現具有高活性MoS2基催化劑的構筑。該材料通過Ni的引入，替代部分Mo原子，有效地優化了面內S原子的電子結構，激發其本征活性；同時以多孔道納米纖維為基底，促進電子轉移，增強催化劑導電性，從而協同提高催化劑的析氫活性。該研究成果以”Surface Modulation of Hierarchical MoS2 Nanosheets by Ni Single Atoms for Enhanced Electrocatalytic Hydrogen Evolution“為題發表在Advanced Functional Materials期刊。
圖1 MCM@MoS2–Ni合成示意圖
研究團隊以聚苯乙烯為孔道塑形劑，聚丙烯腈為碳源，通過靜電紡絲與煅燒的方法得到多孔道的一維納米碳纖維；再用溶劑熱法在碳纖維上合成MoS2納米片；最后采用浸漬法進行單一Ni原子的修飾，得到負載在多孔道碳纖維上單原子修飾的MoS2納米片（MCM@MoS2–Ni）。
圖2 MCM@MoS2–Ni表征：(a)—(d) FESEM圖；(e,f) TEM圖;(g) HRTEM圖；(h,i) 原子級分辨率圖及其快速傅里葉變換濾波圖; (j) HAADF-STEM圖；(k,l) EELS圖及其元素映射圖
圖3 (a) Ni的K邊EXAFS譜；(b) MCM@MoS2–Ni在R空間的數據擬合圖；(c,d) MCM@MoS2–Ni和鎳箔的k3加權小波變換圖；(e) MCM@MoS2–Ni在K空間的數據擬合圖；(f) Ni的K邊XANES譜
圖4 (a) MCM@MoS2和(b) MCM@MoS2–Ni的能帶結構圖；(c) 酸性條件下線性掃描圖；(d) Tafel斜率對比圖；(e) -250 mV下計時電流掃描圖；(f) 首次與第1000次線性掃描圖；(g) 不同掃速的循環伏安圖，(h) 固液界面雙電層電容（Cdl）數據圖；(i) 電化學阻抗圖
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