7月25日，复旦大学工程与应用技术研究院（简称工研院）博士生张岱等撰写的题为《优先电子填充策略提升非晶硫化钼在大电流密度下的氢气析出反应催化活性》的学术论文在《Advanced Science》上发表。复旦大学信息科学与工程学院区琼荣教授、张树宇副教授是通讯作者，工研院博士生张岱是第一作者。工研院积极深化学科交叉、融合创新，打造学术共同体，产出高水平跨学科科研成果。

       开发能在大电流密度下稳定且高效地催化氢气析出反应（HER）的低成本催化剂对利用可再生能源制取“绿氢”具有重大意义。本工作中，我们使用等离子体处理合成了非晶态硫化钼钨/氮掺杂还原氧化石墨烯纳米复合材料（a-MoWSx/N-RGO），用作高性能HER催化剂。通过优化等离子体处理时间和化学成分，获得了最佳的a-MoWSx/N-RGO催化剂，该催化剂在酸性电解质中催化氢气析出反应仅需要348 mV的低过电位就能获得1000 mA cm-2的电流密度；并且在此电流密度下工作24 h催化活性几乎没有衰减，优于商用铂/碳（Pt/C）和先前报道的杂原子掺杂二硫化钼（MoS2）基催化剂。基于密度泛函理论（DFT）计算，我们发现在适当的钨掺杂浓度下，由于大电流密度下的额外电子优先填充在2S2-上，催化活性位点2S2-在大电流密度下能保持良好的催化性能。钨掺杂会降低电子结构能量，使得氢原子在2S2-上的吸附能（ΔGH*）不会因为额外电子的注入而偏离0 eV。然而，过量的钨掺杂会导致结构不稳定，降低大电流密度下的催化性能。我们的工作提供了一种利用非贵金属元素制备工业级电流密度下高性能HER催化剂的方法。

图1. a-MoWSx/N-RGO的结构与成分表征。结合透射电镜、X射线衍射分析，证明了硫化钼钨/氮掺杂还原氧化石墨烯为非晶态，并且硫化钼钨在石墨烯上均匀分布。

图2. DFT计算表明，大电流密度下额外注入的电子会优先填充在2S2-上，因此2S2-上的氢原子吸附自由能变（ΔGH*）在有额外电子注入的情况下能保持不偏离0 eV，这是a-MoWSx/N-RGO在大电流密度下具有高催化活性的根本原因。   

       本工作制备了一种可以在大电流密度下高效且稳定催化氢气析出反应的a-MoWSx/N-RGO催化剂，并且揭示了其在大电流密度下具有高活性与高稳定性的机理，为合理设计与制备高性能HER催化剂提供了新思路。

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