近日，中國科學院大連化學物理研究所催化基礎國家重點實驗室副研究員鄧德會、中科院院士包信和團隊成功實現了對二維硫化鉬原子晶體材料多尺度結構和電子性質的調控。相關研究成果發表在《自然-通訊》（Nature Communications，DOI: 10.1038/ncomms14430）上。
二維硫化鉬因其獨特的物理和化學特性，在光、電及傳統多相催化中極具應用前景。二維硫化鉬催化反應通常涉及多步、復雜的過程，如電催化分解水制氫反應存在氣（H2）、液（H2O）、固（catalyst）三相界面，需要對其結構和電子性質進行多尺度調控和優化，以使其具備優異的本征活性和適宜的表面結構。目前，這方面研究仍是一個重要的挑戰。
該研究團隊利用“自下而上”合成方法，以二氧化硅納米小球作為硬模板，直接化學合成得到了均一的介孔泡沫狀硫化鉬材料，實現了性質在三重尺度上的有效調控：（1）在宏觀尺度上，均一的介孔孔道有助于反應物（H3O+）和產物（H2）的傳輸，更加親水的表面有利于催化劑活性位的接觸；（2）在納米尺度上，介孔框架內定向垂直生長的硫化鉬納米片層提供了豐富的邊緣催化活性位；（3）在原子尺度上，在前期將單原子催化劑引入二硫化鉬骨架內的基礎上（Energy Environ. Sci., 2015, 8, 1594-1601），將過渡金屬鈷原子引入到硫化鉬平面內，替代部分鉬原子，有效修飾了表層硫原子的電子結構，激發了表層硫原子的本征催化活性，同時，存在一個適中的鈷原子摻雜量（16.7%）使催化活性調變至最優值。基于此多尺度調控得到的規整介孔硫化鉬基催化劑表現出了優異的酸性電解水制氫性能，展示出其可替代貴金屬催化劑的潛力。該工作提出的多尺度結構和電子性質調控策略為二維硫化鉬在催化領域的研究和應用提供了新的研究思路，也為其它類似二維催化材料的設計與開發提供了借鑒。
上述研究工作得到科技部國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院前沿科學重點研究項目、中科院納米先導專項和教育部能源材料化學協同創新中心（iChEM）的資助。
大連化物所二維催化材料多尺度結構和電子性質調控研究獲進展