氢是一种丰富、清洁和可再生的能源载体，被认为是未来主要能源形式之一。通过电解水产生氢气已被证明是极具吸引力的策略之一。然而由于动力学缓慢，阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER）都需要较大的过电位。尽管铂（Pt）族金属价格昂贵且稀缺，但它们仍被认为是最有效的HER电催化剂。作为可替代的电催化剂，非贵过渡金属（TM）基催化剂已被广泛探索，包括TM基碳化物、硫化物、氮化物以及磷化物等。其中，碳化钼（Mo₂C）材料，由于其具有与Pt类似的电子结构，引起广泛关注。尽管已经做出了许多努力，但由于 Mo₂C 与氢中间体（H*）的强结合，仍会导致HER动力学缓慢和较大的过电位，这在很大程度上降低了其电催化活性。

减弱Mo₂C上的氢吸附强度可以显着加速其HER动力学，从而提高其电催化性能。据报道，通过将MoS₂和Mo₂C协同整合成异质结构，界面处的Mo-S-C活性部分可以减弱Mo₂C的氢吸附，从而提高其HER性能（ACS Catal. 2017, 7, 7312–7318）。为了丰富这些界面几何结构并暴露更多电解质可接触到的活性位点，许多尝试都集中在构建分层异质结构上。最近，二维（2D）非层状结构，其化学键的晶体结构是在三维，而不是在二维结构中产生，在电化学能量转换方面引起了更多的期望。例如，我们之前报道了利用自模板方法制备2D非层状Mo₂C/Mo₂N多孔异质结构，并系统地研究它们在OER期间的表面重建过程（Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1803768）。

受上述工作启发，我们通过在多孔2D非层状Mo₂C纳米网上原位垂直生长2D层状MoS₂纳米片，借此设计分层异质结构与富集Mo-S-C界面，旨在削弱Mo₂C的氢吸附能力。所制备的2D/2D非层状/层状分层结构不仅可增加活性位点和避免分层纳米片的堆叠，而且可通过引入对氢具有更强化学解吸能力的MoS₂削弱Mo₂C材料的氢吸附强度。电化学测试和理论计算表明，Mo₂C的氢吸附可通过与MoS₂的耦合来减弱，所合成的催化剂获得了更加快速的析氢动力学和高催化活性，其在电流密度为–10 mA·cm^–2处的过电位降低了超过500 mV，并展示出了优异的耐用性。。

图1 形貌和结构表征：

（a）多孔Mo₂C和（b）MoS₂/Mo₂C异质结构的TEM图像、STEM-HAADF图像；（d）MoS₂/Mo₂C异质结构的EELS映射；（e, f）Mo₂C中Mo 3d和S 2p的XPS光谱；（g）归一化XANES光谱及其在Mo K-edge的局部放大光谱（插图）和（h）Mo K-edge的FT-EXAFS曲线。

图 2 电化学性能：

（a）Mo₂C、MoS₂/Mo₂C异质结构和Pt/C催化剂的LSV曲线；（b）–10 mA·cm^-2处的过电位与400 mV处的电流强度的比较；(c)Tafel图、（d）ECSA和（e）EIS结果；（f）MoS₂/Mo₂C异质结构的HER稳定性。

图3 DFT计算：

（a, b）吸附*H的Gibbs自由能图（HER）；（b）2D/2D非层状/层状结构合理平衡氢吸附/解吸以促进析氢动力学的示意图。

寇宗魁 研究员，2021年3月全职加入武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，任研究员，成立原子尺度能源电催化课题组，获湖北省青年人才项目称号。主要研究方向为原子尺度电催化材料的开发及催化机理研究。近五年在材料、化学、能源及其交叉学科领域发表学术论文100余篇，其中以第一作者及通讯作者在Adv Mater 、Adv Energy Mater、Adv Funct Mater、ACS Energy Letters、Electrochemical Energy Review、Adv Sci、ACS Catal、Nano Energy等发表SCI论文50余篇，SCI他引5000余次，h-index：41；获国家授权发明专利2项；主持并参与多项国家及省部级科研项目。受邀多本国际高影响力学术期刊独立审稿人。任《Interdisciplinary Materials》期刊学术编辑。受邀参加多个国际会议并作邀请报告。

课题组链接：

https://www.x-mol.com/groups/kou_zongkui

Tingting Wang, Pengyan Wang, Yajun Pang^*, Yitian Wu, Jin Yang, Hao Chen, Xiaorui Gao, Shichun Mu & Zongkui Kou^*. Vertically mounting molybdenum disulfide nanosheets on dimolybdenum carbide nanomeshes enables efficient hydrogen evolution. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-022-4072-5.

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