过渡金属硫化物（TMSs）成本低廉、活性较优，是富有潜力的电解水析氢（HER）催化剂。其中，层状结构的MoS₂备受关注，但该材料带隙较宽（1.73 eV），固有导电性差，严重制约着催化活性的提升。研究表明，构筑异质结能够促进各组分间电荷转移，增强导电性，是提升MoS₂催化活性的有效途径。CoS₂带隙为零，电导性可与金属媲美，是构筑MoS₂异质结的不二选择。当前MoS₂/CoS₂异质结的制备主要依赖高压水热或高温煅烧工艺，这导致材料催化性能不足、产率较低，且环境污染严重。因此，亟待开发绿色环保的MoS₂/CoS₂异质结制备技术。

图1. MoS₂@CoS₂异质结的合成示意图

针对这一技术难题，西北工业大学黄维院士团队艾伟教授课题组提出基于KSCN的低温熔盐合成法，一步制备了高效的MoS₂/CoS₂异质结HER催化剂。KSCN低熔点，熔融时能溶解与许多过渡金属盐并与之反应生成TMSs。以硝酸钴和钼酸铵为原料，在低温（300℃）条件下熔融反应得到了MoS₂/CoS₂异质结（图1）。KSCN熔融盐是反应的媒介，又为硫化物的形成提供了硫源。且KSCN熔融盐在空气中稳定，材料合成无需惰性气氛保护。该方法操作简洁，便于规模化生产，同时又避免了高温过程对活性位点的破坏。

图2.（a）MoS₂@CoS₂异质结的SEM和（b）EDS元素面分部图，（c）MoS₂@CoS₂的高分辨率TEM图。

测试表明，MoS₂薄片垂直生长在CoS₂颗粒表面（图2a），各组分均匀分散（图2a）。高分辨TEM表征直接观察到MoS₂@CoS₂异质结的形成（图2c）。作者通过图3a的模型研究MoS₂@CoS₂异质结的氢原子吸附自由能（ΔG_H*）。由于异质结改变了材料的电子结构，MoS₂@CoS₂的ΔG_H*值仅为-0.080 eV，比MoS₂和CoS₂更接近零。理论计算表明MoS₂@CoS₂异质结具有更优的氢原子吸附自由能，有利于电解水中氢吸/脱附反应的顺利进行。电化学测试证实了MoS₂@CoS₂异质结的析氢催化活性显著高于MoS₂和CoS₂材料（图3c）。

图3.（a）MoS₂@CoS₂异质结的氢原子吸附模型，（b）各材料的ΔG_H*和（c）极化曲线。

该工作报道的材料合成方法具有操作简单、合成温度低、成本低廉等特点，为富缺陷TMSs材料的规模化制备提供了新途径，将有力助推TMSs材料在催化与存储等领域的应用。这一成果近期发表在Chemical Communications 上。

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Low-temperature molten salt synthesis of MoS₂@CoS₂ heterostructures for efficient hydrogen evolution reaction

Song He, Hongfang Du,* Ke Wang, Qianchi Liu, Jinmeng Sun, Yuhang Liu, Zhuzhu Du, Linghai Xie, Wei Ai*, Wei Huang*

Chem. Commun., 2020, 56, 5548-5551, DOI: 10.1039/D0CC01726D