誘導單原子(SAs)占據(jù)載體材料中的特定晶格位點，由此改變催化劑的原子配位結(jié)構(gòu)并提升催化活性，對于合理設計高性能單原子催化劑(SACs)至關重要?；诖?，美國圣地亞哥州立大學顧競、美國加州大學爾灣分校潘曉晴和東北石油大學吳紅軍等研究了1T相二硫化鉬(MoS2)上相同的銅(Cu) SA的兩個配位結(jié)構(gòu)，并揭示它們的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關系。
研究人員分別將其稱為取代和吸附模型。在吸附模型中，Cu SAs以三角錐幾何形狀吸附到最外層的硫(S)原子頂部(Cuads@MoS2)；而在替代模型中，Cu SAs被鉬(Mo)原子取代，八面體與1T-MoS2中的六個S原子配位(Cusub@MoS2)。更重要的是，在這兩種配位模型中，Cu(I)和Cu(II) SAs同時存在。與1T-MoS2(235 mV)相比，Cuads@MoS2(173 mV)和Cusub@MoS2(160 mV)的析氫反應(HER)的過電勢顯著降低(在酸性電解質(zhì)中(0.5 M H2SO4)，在10 mA cm-2電流密度下)。密度泛函理論(DFT)計算表明，Cu SAs通過調(diào)節(jié)1T-MoS2的電子結(jié)構(gòu)使得ΔGH*從-1.9 eV(1T-MoS2)增加到0.24 eV(Cuads@MoS2)和-0.07 eV(Cusub@MoS2)，促進H*的解吸。此外，對于相同的Cu SA，它們在HER催化中的功能完全不同，在Cuads@MoS2中，Cu充當活性位點，而Cusub@MoS2中的Cu僅充當促進劑，促進相鄰S原子的活性。此外，由于SA通過與載體的鍵合相互作用來穩(wěn)定，因此調(diào)控SA的配位結(jié)構(gòu)將使SAC活性和選擇性的精細控制成為可能。通過深入了解SA占據(jù)的晶格位點及其對催化活性的影響，這項工作有望為高性能SAC的設計和開發(fā)提供指導。Manipulating Coordination Structures of Mixed-Valence Copper Single Atoms on 1T-MoS2 for Efficient Hydrogen Evolution. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c00759
