MOS₂具有环境友好、成本低的特点，有望替代Pt用于电催化析氢反应(HER)。尽管通过与导电衬底形成异质结双层来提高电导率可以提高整体催化性能，但原始MoS₂的性能受到活性中心密度的限制。的追求促使研究人员探索各种方法来激发MoS₂基面上的惰性硫的活性以实现最大化MoS₂利用率。例如，边缘位工程，相变，非晶化以及面内掺杂/空位修饰。值得注意的是，通过引入原子缺陷（掺杂或空位）来改变局域构型是有效，因为与转变的1T′相和非晶态MoS₂相比，缺陷MoS₂表现出更好的稳定性。然而，由于面内Mo-S键断裂需要较大的能量，通过局部构型修饰来提高面内硫的活性与铂基催化剂相比仍有很大差距。因此，为了提高面内硫原子的本征活性，有必要了解硫原子的本征关联，探索新的方法来丰富稳定高效的局域构型。

有鉴于此，为了建立单层MoS₂的局域构型与电催化活性之间的关系，南洋理工大学范红金教授，莱斯大学Jun Lou教授，中科院上硅所刘建军研究员报道了通过DFT计算和实验研究，在MoS₂的面内畴中获得了一组稳定的局域构型，具有非贵重的Ⅳ期单原子和团簇(Co，Fe，V和Cr)，并伴随着额外的硫空位。考虑到结合强度与局域构型电负性的相关性，局域构型的电子转移能力可以调节面内硫的活性。本文 第一作者为范红金课题组周遥博士后。

文章要点

1）DFT计算和实验表明，围绕着一个硫空位构型(即3Co_Mo−V_S)的特殊的三角形Co原子团簇对惰性硫中心的活化效果最好。相应地，HER活性明显增强(η₁₀：75 mV，Tafer：57 mV dec^-1)，具有MoS₂材料中最高的内在HER活性。

2）微电池HER测量表明，特定局部构型的含量与活性之间呈火山型关系，证实了3Co_Mo−V_S的最佳浓度。因此，通过对局部构型的合理设计，可以进一步活化面内硫位。

该研究结果为提高TMDs材料在酸性溶液中高效HER的电催化性能提供一条有效途径。

Zhou, Y., Zhang, J., Song, E. et al. Enhanced performance of in-plane transition metal dichalcogenides monolayers by configuring local atomic structures. Nat Commun 11, 2253 (2020).

DOI：10.1038/s41467-020-16111-0

https://doi.org/10.1038/s41467-020-16111-0