第一作者：Teng-Xiang Huang, Xin Cong

通訊作者：王翔，任斌，譚平恒

通訊單位：廈門大學，中國科學院半導體研究所

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本研究通過電化學尖端增強拉曼光譜（EC-TERS）技術，首次實現(xiàn)了對二硫化鉬（MoS₂）在電催化析氫反應（HER）中活性位點的原位、高空間分辨率的監(jiān)測。

研究結果表明，邊緣位點的晶格重構和電子結構變化對電催化性能有重要影響。在電化學活化過程中，邊緣位點經(jīng)歷了顯著的物理化學性質變化，包括拉伸應變的增加和電荷密度的提高，這些變化有助于增強HER活性。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)，活化處理后，邊緣位點的晶格重構區(qū)域（LRR）和電子躍遷區(qū)域（ETR）的大小顯著增加，這表明活性位點周圍的協(xié)同重構對電催化性能有積極影響。

這些發(fā)現(xiàn)為理解和設計高性能電催化劑提供了新的視角和策略，特別是在非貴金屬催化劑的開發(fā)和優(yōu)化方面具有重要意義。未來，隨著EC-TERS技術的進一步發(fā)展，研究者將能夠更深入地探究活性位點與反應中間體的相互作用，以及活性位點在催化過程中的動態(tài)演變，從而推動電催化領域的進步。

圖文導讀

圖1展示了通過電化學尖端增強拉曼光譜（EC-TERS）測量MoS₂片層在析氫反應（HER）中催化活性（即邊緣位點）和非活性（即基面位點）的拉曼信號的實驗設置。

圖中包括了機械剝離的雙層MoS₂片層在原子級平滑的金膜上的原子力顯微鏡（AFM）圖像，以及在不同電位下基面和邊緣的EC-TERS光譜。

圖2通過EC-TERS展示了MoS₂在HER過程中的光譜。

圖中展示了基面和邊緣的EC-TERS光譜隨電位變化的情況，以及兩種拉曼模式（A1g和2LA(K–M)）的峰位和強度隨電位的變化趨勢。

圖3揭示了邊緣引起的晶格重構區(qū)域（LRR）和電子躍遷區(qū)域（ETR）。

圖中展示了通過EC-TERS線成像技術獲得的雙層MoS₂邊緣的線跡圖，以及在不同HER狀態(tài)下LRR和ETR的長度變化。

圖4通過EC-TERS研究了MoS₂在電化學活化過程中的變化。

圖中展示了雙層MoS₂邊緣和基面在電化學活化前后的TERS光譜，以及活化前后邊緣的線跡TERS光譜強度變化。

圖5 總結了在不同狀態(tài)下原子級薄MoS₂邊緣的結構演變。

圖中展示了原始MoS₂、活化后的MoS₂以及在HER過程中的MoS₂邊緣的結構變化，包括電子密度和晶格結構的變化，以及這些變化對電催化活性的影響。

總結展望

本研究的亮點在于首次使用EC-TERS技術實時監(jiān)測了MoS₂在電催化析氫反應中的活性位點的結構演變。

研究結果表明，邊緣位點的晶格重構和電子密度變化對于降低活化能壘和促進電催化反應具有重要作用。此外，電化學激活過程可以顯著改變邊緣位點的物理化學性質，從而提高催化活性。

這些發(fā)現(xiàn)不僅為理解電催化劑的工作機制提供了新的視角，也為設計和優(yōu)化高性能電催化劑提供了重要的理論依據(jù)。

文獻信息

標題：Visualizing the structural evolution of individual active sites in MoS2 during electrocatalytic hydrogen evolution reaction

期刊：Nature Catalysis

DOI：10.1038/s41929-024-01148-x