电化学分解水产生的氢气可实现电能与氢气之间的能量循环，构成了可持续氢能经济的基石。MoS₂是一种高活性、低成本的析氢反应（HER）电催化剂。MoS₂电极在固定电势（E）时的整体动力学性能受以下因素支配：原子氢与表面位点之间的相互作用能（ΔGH*）；反应物浓度。最近的大多数研究都是通过ΔGH*来提高MoS₂的催化效率。然而很少对反应物浓度进行研究。该浓度不是体积值，而是在电极附近的浓度，它严重依赖于界面处电极材料的特性，从而部分决定了最终的催化行为。因此，加速HER动力学需要条件良好的催化剂表面，其优先吸附水合氢氧离子或水分子。但是，这种界面工程在很大程度上被忽略了。

有鉴于此，中国科学院长春应化所的葛君杰研究员和中国科学院上海应用物理研究所的姜政研究员等人合作在MoS₂催化剂上建立一个析氢的双阴离子表面，以控制其催化活性。

本文要点

1）具体而言，通过杂原子金属掺杂（Pd和Ru）对硫阴离子进行电子活化，以获得最佳的氢吸附能。同时，-OH阴离子以可控分子替代的方式取代界面上的S位，产生可与反应物结合的良性界面。

2）带有–OH阴离子掺杂的双阴离子界面的优点是：首先，–OH官能团通过氢键将氢离子和水分子通过氢键吸引到更靠近内亥姆霍兹平面（IHP）的位置，从而有助于形成反应友好的界面。第二，–OH的位点与相邻的金属位点（M–OH）共同作用，使碱性介质中的水分解，从而极大地提高了HER的催化性能。

3）研究表明，在酸性和碱性环境中，最终催化剂的HER活性均显示出超过现有基于MoS₂催化剂的最高动力学性能，甚至可以与（在酸性条件下）或优于（在碱性条件下）最先进的铂催化剂，并具有出色的稳定性，超过100 h。

总之，该工作通过设计良性的催化界面，为设计MoS₂以外的催化性能和HER以外的非均相催化提供了方向。

参考文献：

Zhaoyan Luo et al. Reactant friendly hydrogen evolution interface based on di-anionic MoS₂ surface. Nature Communications, 2020.

DOI: 10.1038/s41467-020-14980-z

https://doi.org/10.1038/s41467-020-14980-z