近期，北京大学付恩刚研究小组在Nano Research上发表论文，利用碳离子辐照技术精确调控二硫化钼纳米片基面上的硫空位以及非晶相的数量，获得了具有最佳析氢反应性能的MoS2纳米片，相关研究以“Defect engineering of molybdenum disulfide through ion irradiation to boost hydrogen evolution reaction performance”为题发表于《Nano Research, 12 (2019) 1613》。博士生孙诚和王佩佩为该文章共同第一作者，北京大学付恩刚教授和苏州大学邹贵付教授为论文的通讯作者。
利用水分解反应制备氢气是当前发展清洁能源的有效策略。层状二硫化钼（MoS2）作为析氢反应（HER）的催化剂因其低廉的成本及较好的催化性能而被广泛研究。目前的研究表明，MoS2的催化性能主要依赖于边缘活性位点，其惰性基面是限制其进一步的析氢反应（HER）性能的主要因素。因此，如何激活MoS2的惰性基面是寻找有效提升其催化性能的研究重点。
本项工作提出利用离子辐照技术来创建活性位点，以提高MoS2的HER性能。成功利用离子辐照激活了MoS2纳米片的惰性基面。实验表明，离子辐照在MoS2基面上产生的硫空位会引起的更多活性位点从而提高其析氢反应性能的效率，而辐照引起的过多的非晶结构会限制其析氢反应性能。因此可通过调节离子辐照剂量来调控MoS2纳米片基面上的硫空位以及非晶相的数量。进而调节MoS2的析氢反应性能。结果表明，中等剂量的碳离子辐照后的二硫化钼纳米片具有最佳的HER性能，其起始电位为77 mV，Tafel斜率为66 mV dec-1。由此可见，离子辐照技术可为在材料中引入所需缺陷提供有效平台。
该研究得到了国家自然科学基金（Nos. 21671141, 11375018和11528508）、中国国家基础研究计划（No. 2015CB358600），江苏省高等学校苏州大学光学工程优先学术发展计划（PAPD），国家磁约束聚变能研究项目（Nos：2015GB121004, 2017YFE0302500以及2018YFE0307100），科技部中罗科技合作委员会第43次常会交流计划以及北京大学离子束材料实验室（IBML）等资助和支持，由北京大学和苏州大学合作完成。
图1 (a)未辐照二硫化钼纳米片的低倍透射电镜（TEM）图像；（b）未辐照二硫化钼纳米片的高分辨TEM图像以及相应的FFT图像；(c–e)辐照剂量分别为5 × 1012 cm−2 (MoS2-irra1), 2 × 1013 cm−2 (MoS2-irra2)以及5 × 1013 cm−2 (MoS2-irra3)的二硫化钼纳米片的高分辨TEM图像以及相应的FFT图像；(f-h) MoS2-irra1, MoS2-irra2以及MoS2-irra3纳米片的层间结构TEM图像。其中红色“T”代表位错，玫红色区域为无序区域，蓝色和黄色球体分别代表钼原子和硫原子
图2 块体MoS2、未辐照MoS2、辐照剂量分别为5 × 1012 cm−2, 2 × 1013 cm−2和5 × 1013 cm−2的二硫化钼纳米片的（a）极化曲线以及（b）塔菲尔斜率；（c）使用循环伏安法获取的双层电容；（d）不同样品的电化学阻抗图
