近日，中心研究人员、大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室包信和院士和邓德会副研究员等在二维原子晶体催化研究方面取得重要进展，相关结果发表于《Energ. Environ. Sci.》上，该论文的共同第一作者为博士生邓浇和李昊博。
    继石墨烯之后，更多的二维原子晶体材料因其独特的结构和电子特性，近年来在能源、信息、催化、环保等领域备受关注。其中典型的代表二维硫化钼在光、电及传统多相催化中显示出广阔的应用前景。然而，二维硫化钼具有独特的类“三明治”结构，中间的钼原子层被上下两层硫原子层所包围，不能接触到反应分子，且表层的硫原子与内层的钼原子完全配位饱和，使得拥有绝对原子比例的二维平面结构是催化惰性的。这些大大限制了二维硫化钼在催化领域中的应用。
    包信和院士和邓德会副研究员与包信和院士带领的团队在长期深入研究二维原子晶体材料如石墨烯基催化剂的基础上，通过不断创新合成策略，成功地在二维硫化钼平面内引入系列单原子金属，替代部分钼原子，得到单金属原子掺杂二维硫化钼的独特结构。结合实验表征测试和密度泛函理论（DFT）计算，首次发现掺杂的单原子金属通过调变其邻近S原子的电子结构和H原子在S原子上的吸附能力，在酸性电解水制氢（HER）探针反应中，激发出了二维硫化钼平面内S原子的催化活性。此外，硫化钼独特的“三明治”夹心结构避免了掺杂金属原子与反应分子和环境介质的接触，进而使其具有优异的稳定性和抗中毒能力。进一步DFT计算给出了系列单原子金属掺杂二维硫化钼的HER活性“火山型”曲线，对不同过渡金属掺杂二维硫化钼的催化活性做出了预测。该工作为高性能二维原子晶体催化剂的开发和设计提供了一种的新的研究思路。
    以上研究得到了国家自然科学基金委、中国科学院纳米先导专项和教育部能源材料化学协同创新中心（2011·iChEM）的资助。

   （文 邓浇、李昊博）

论文链接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2015/ee/c5ee00751h/unauth#!divAbstract