2H-MoS2是天然存在且热力学稳定的相，然而在中性和碱性电解液中显示出不好的HER活性。这里，一种杂化电催化剂，即2H-MoS2/N掺-介孔石墨烯，富含Mo-吡啶氮配位环境。最佳的杂化催化剂可提供长期的耐久性，和出色的HER活性，在10 mA cm-2下，在酸性，碱性和磷酸盐缓冲溶液（PBS）介质中，分别只需要110、145和142 mV的过电势，该性能优于以前报道的大多数MoS2-碱催化剂。理论和实验结果表明，相对于吡咯和石墨N，界面吡啶N与Mo原子具有较高的键合能力，边缘的Mo与吡啶N配位可能作为HER的活性位点。 DFT计算进一步揭示了Mo-吡啶N配位修饰了边缘Mo的电荷密度，进而优化了氢吸附能，促进水的分解，从而促进全pH范围内的HER过程的进行。
 
  Figure 1. 基于各种反应位点的HER过程的理论研究。（a）Mo-吡啶N键上的碱性和中性HER机制。（b）Volmer步骤中H2O分解的能量图。（c）计算出的各种催化剂的H吸附自由能（ΔG（H *））。（d）电荷密度差和吡啶氮的吸附示意图。
 
  Figure 2. 催化剂的形态和结构表征。（a）SEM图像和（b）低倍TEM图像。（c，d1-d4）EFTEM图像；（e）原子力显微镜图像；（f）MoS2/NLG-3杂化物的XRD图谱。（g）三种催化剂的拉曼光谱。
 
 
Figure 3. 界面Mo-N-C键的结构分析。（a）不同样品的N 1s XPS光谱，和（b）Mo 3d XPS光谱。（c）不同样品的的N K边缘EELS光谱，（d）Mo M-边缘EELS光谱，（e）Mo K-edge XANES光谱，（f）FT-EXAFS光谱。
 
 
Figure 4. 在不同pH电解质中HER的活性和稳定性。在N2饱和的（a）0.5 M H2SO4，（b）1.0 M KOH和（c）1.0 M PBS电解液中的LSV极化曲线。（d-f）杂化催化剂的相应Tafel斜率。（g）TOF与吡啶，吡咯和石墨氮含量之间的关系。（h）MoS2/NLG-3样品在酸、碱、中性溶液中的HER稳定性（i-t曲线）。
  
        该研究工作由天津大学Jing Yang课题组于2021年发表在ACS Catal.期刊上。原文：Activating Edge-Mo of 2H-MoS2 via Coordination with Pyridinic N−C for pH-Universal Hydrogen Evolution Electrocatalysis。

转自《石墨烯杂志》公众号