电催化氢气析出反应（HER）是一种极具前景的新能源生产方式，然而，由于缺乏廉价高效的电催化剂，HER的应用受到很大的限制；MoS₂作为一种新兴的极具潜力的HER电催化剂，却只在边缘S位点展现出良好的氢吸附活性，对于其二维基面中其余的S位点，嵌入限域单原子则是激活它们，充分利用MoS₂表面S活性位点的有效方式。虽然Pt，Co，Ni等单原子都被发现可以促进MoS₂的基面氢吸附活性，利用Pt，Co，Ni改性的MoS₂电催化剂依旧展现出了比贵金属催化剂低的HER效果，因此，通过合适的单原子选择与其精准的结构调控从而提升MoS₂电催化剂HER性能至关重要。

有鉴于此，中科院大连化物所的包信和院士、邓德会研究员以及于良副研究员等人基于二维MoS₂限域的铑（Rh）单原子HER电催化剂，合成了Rh单原子之间距离不同的二维材料，详细研究Rh单原子间距对Rh-MoS₂的HER活性的影响，并通过理论计算研究了最佳的Rh单原子嵌入构型。

本文要点

要点1. 通过调节前驱体中Rh的浓度，来精准调节产物中被限域的Rh单原子之间的距离，最佳条件下，可以实现过电势仅为67 mA的情况下，有10 mA cm^-2的电流密度（可逆氢电极），在酸性溶液中，其HER效果可以和昂贵的Pt电极比肩，并且超越了大多数以MoS₂为基底的电催化剂。

要点2. 密度泛函理论（DFT）计算证明了MoS₂晶格中限域的Rh单原子之间的距离协同作用，这可以调节与Rh相邻的S原子的电子结构并优化氢在这些S位上的吸附能。随着受限Rh之间距离的减小，基面上相邻S位置上氢的吸附自由能（ΔG_H*）呈火山趋势变化，在适当的Rh间距离下（Rh_1A构型，如下图）可获得最佳ΔG_H*。

总之，该工作提供了一种新的策略，可以通过限域原子之间的距离协同效应，设计MoS₂的HER活性，并且为研究今后二维材料限域单原子HER催化剂的催化性能与设计新的HER催化剂提供了重要参考。

参考文献：

Meng et al., Distance synergy of MoS₂-confined Rh atoms for highly efficient hydrogen evolution, Angew. Chem. Int. Ed., 2020.

DOI: 10.1002/anie.202003484

https://doi.org/10.1002/anie.202003484