能源和环境问题是21世纪科研工作者们研究的重点课题之一，清洁、可持续的氢能源的利用有望缓解这些问题。目前，工业上主要使用天然气蒸汽转化生产氢气，但该方法会产生废气，如一氧化碳、二氧化碳等对环境造成破坏，违背了使用氢气的初衷。而电催化分解水制备氢气则不会产生该类废气，可以高效生产高纯度氢气。此时催化剂的选择便自然而然成为关键性的问题。近年来，二维（2D）层状金属硫属化合物（LMD）由于具有超薄的结构与大的比表面积和充分暴露的原子在催化领域得到极大关注，然而其导电性和活性仍有待进一步提高。在LMD中，金属配位可以从三棱柱形（2H相）变为八面体（1T相）和扭曲的八面体（1T’相），亚稳态和金属性材料因其较高的本征导电性而有望成为有效的HER催化剂。因此，T’相结构对提高电导率、增加活性位点、提高本征催化活性有着重要影响，是提高析氢反应活性的迫切需要。然而晶体相控制仍然是精确合成二维层状双卤代金属材料的难题。近日，湖南大学刘松教授课题组和冯页新教授课题组合作，通过理论计算发现，将W与1T二硫化锡(SnS2)模板结合形成亚稳态T '相2D Sn1−xWxS2合金，以实现半导体金属的转变。他们采用水热合成的方法，通过调节反应物的摩尔比，制备了含不同x的二维Sn1−xWxS2合金，其中Sn0.3W0.7S2在金属相中的浓度最大为81%，具有扭曲的八面体-协调亚稳1T’相结构。所得的1T’‐Sn0.3W0.7S2具有高的本征导电性、晶格畸变和缺陷，显著改善了其HER催化性能。与原始SnS2相比，金属Sn0.3W0.7S2加上炭黑的活性至少提高了215倍。而且，它具有良好的长期耐用性和循环稳定性。该工作提出了一种使用T相材料作为模板并合并杂原子来制备合成亚稳相2D LMDs的通用相变策略，为设计制备高活性的HER催化剂提供了新的思路。
Gonglei Shao, Xiong‐Xiong Xue, Binbin Wu, Yung‐Chang Lin, Miray Ouzounian, Travis Shihao Hu, Yeqing Xu, Xiao Liu, Shisheng Li, Kazu Suenaga, Yexin Feng, Song Liu. Template-Assisted Synthesis of Metallic 1T’-Sn0.3W0.7S2 Nanosheets for Hydrogen Evolution Reaction. Advanced Functional Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adfm.201906069
http://doi.org/10.1002/adfm.201906069
