西安建大王快社教授团队在国际期刊Small发表最新研究成果

近日，我校冶金工程学院王快社教授“高性能金属材料制备与加工领军教授团队”在二维材料电解水制氢方向再次取得重要进展。研究成果以“CNTs Bridged Basal-Plane-Active 2H-MoS2Nanosheets for Efficient Robust Electrocatalysis（CNTs桥接基面活性2H-MoS2纳米片用于高效、稳定的电催化）”为题在材料科学领域国际著名期刊Small（2022年影响因子为15.153，SCI一区TOP期刊）上在线发表。西安建筑科技大学为该论文第一完成单位，冶金工程学院师资博士后杨帆为论文第一作者，冶金工程学院胡平教授、王快社教授和澳大利亚国立大学Zongyou Yin教授为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国博士后基金、陕西省重点科技创新团队项目和霍英东教育基金会青年教师基金等项目资助。

随着能源消耗和环境污染问题的日益严重，现代社会迫切需要寻找清洁、可持续的能源来取代化石能源。氢能由于其可持续性和环境友好性，是取代传统化石燃料的理想可再生能源。电解水析氢具有原料资源丰富、能耗低、产品纯度高及制备过程无污染的优点，成为制氢的首选方法。然而，电解水方法的主要瓶颈是析氢反应（HER）催化剂成本高昂。如何获得高效、可靠、价格低廉的析氢催化剂一直是一个紧迫的挑战。

二维（2D）2H相的MoS2由于其稳定的相结构、丰富的催化边缘位点和大的比表面积而被认为是电催化析氢（HER）的有效催化剂。然而，超薄MoS2的低导电性限制了其电子转移和表面活性，并且在应用过程中极有可能发生聚集/堆叠和自卷曲，这种情况的发生严重阻碍了其作为析氢电催化剂进行应用。为了克服这些问题同时保留2D MoS2材料的特性，作者团队开发了一种独特的插层-爆炸剥离制备方法，制备了富含表面缺陷的2D MoS2材料，并将其桥接到碳纳米管（CNTs）导体上，获得廉价、高效且稳定的复合催化结构，实现了其在电催化析氢反应中的应用。

作者通过系统的实验和理论计算揭示了MoS2的表面缺陷特征和MoS2/CNTs的金属化纳米结，以及它们对2D MoS2/CNTs纳米复合材料的反应机理和综合性能的影响。与块体MoS2相比，插层-爆炸剥离2D MoS2的HER活性获得明显提高，这是由于其丰富的边缘和由特殊的爆炸剥离过程产生的可作为催化位点的表面S空位所。另一方面，引入适量的CNTs来锚定富缺陷的MoS2，并将其进行局部电桥接，同时提高了2D MoS2催化剂的局部导电性和机械稳定性，从而提高了纳米复合结构的催化HER效率和耐久性，其性能达到商用Pt/C催化剂水平，有望在工业上取代贵金属催化剂。这项工作预计将有助于进一步推进TMDs和其他二维超稳纳米材料的多方面改进策略，为实现下一代能源技术的发展提供可行性。

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出品：党委宣传部来源：冶金工程学院编辑：王俊  翔子

审核：赵阿锋