能源、环境和气候是人类社会可持续发展的最主要问题。从化石燃料逐步向可持续发展的无污染非化石能源转变是发展的必然趋势。氢是理想的清洁能源之一，也是重要的化工原料，电解水制氢是实现工业化、廉价制氢的重要手段。已有的研究证明碱性介质中的析氢反应（HER）动力学比酸性介质中的HER反应动力学低两个数量级，使催化剂在碱性介质中的HER性能大大降低。有针对性地调节催化剂结构，可使其在碱性介质中的HER性能有所提高，但是其酸性介质中的HER性能却显著下降。因此，开发全pH值范围的高效析氢反应催化剂仍然是一个巨大挑战。

近日，昆明理工大学胡觉教授和北京大学深圳研究生院杨世和教授、香港理工大学黄勃龙教授、香港城市大学梁国熙教授多团队合作，以“Kinetic-oriented construction of MoS₂ synergistic interface to boost pH-universal hydrogen evolution”为题在Advanced Functional Materials期刊上发表论文（DOI: 10.1002/adfm.201908520）。

该工作利用析氢反应动力学模拟，解析MoS₂基催化剂分别在碱性和酸性介质中Volmer、Heyrovsky和Tafel各步骤反应能垒，揭示析氢反应机制，并结合密度泛函理论计算设计和优化催化剂电子结构，构筑全pH值范围的高效析氢反应催化剂。研究表明，MoS₂/CoNi₂S₄体系中钼钴镍三金属之间的电子转移和协同调节将MoS₂与CoNi₂S₄界面的氢吸附自由能精细调变至-0.08eV，与Pt(111)面的氢吸附自由能接近（-0.09eV），同时显著降低碱性介质中析氢反应Volmer和Heyrovsky步骤能垒，从而使该催化剂在酸性和碱性介质中均表现出优异的催化析氢活性和稳定性。

该团队前期亦开发了多种基于MoS₂材料的高效酸性、碱性析氢催化剂（如Energy Environ. Sci., 2017, 10, 593; Joule, 2017, 1: 383; J. Catal., 2018, 361: 384.），可望与本研究开发的全pH值范围的高效析氢反应催化剂结合解决析氢反应遇到的实际问题，促进电解水产业发展。

文章信息：Kinetic-oriented construction of MoS₂ synergistic interface to boost pH-universal hydrogen evolution, Adv. Funct. Mater. 2019, DOI: 10.1002/adfm.201908520

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201908520