氢能作为一种前景广阔的新型二次能源，具有零碳排放和可再生的优点，当前采用的是依赖于化石燃料的传统热解制氢法，环境污染问题并未彻底解决。电催化析氢反应（HER）被认为是取代传统热解制氢最可行的方法，常用催化剂由铂、钌和铱等贵金属组成，但贵金属催化剂昂贵且稀缺，限制了其大规模工业应用。因此，寻找丰富而廉价的HER催化剂具有重要意义。最近，研究人员发现热解处理金属有机框架（MOFs）衍生的纳米复合材料不仅继承了母体 MOF 的优点，还增强了化学和机械稳定性，显示出良好的电催化特性。过渡金属硫化物具有独特的结构特征、丰富的活性位点和可调控的电子性质，在HER中应用广泛。因此人们努力设计合成具有最大化界面的异质结构，研究电子能带结构的调控，从而最优化HER催化性能。

我院王维教授团队以MOFs为前驱体，通过水热法合成了一种独特的双金属硫化复合材料（CoS₂/WS₂）。在合成过程中，硫代乙酰胺（TAA）是影响硫化物界面形成的关键，适量TAA可将CoS₂表面的WS₂纳米粒子负载量控制在5%以下，最大化的暴露出界面处的活性位点，从而有效提高电导率并降低氢吸附能（ΔG_H*），提升HER性能。在酸性介质中，CoS₂/WS₂的过电位和Tafel斜率仅为79 mV和52 mV dec^–1。

图1 (a) CoS₂/WS₂制备示意图。(b-g) CoS₂/WS₂的 TEM 图像及元素面分布图。CoS₂/WS₂、CoS₂和 WS₂的 XPS 能谱分析：(h) S 2p、(i) Co 2p 和 (j) W 4f。

图 2 HER 特性：(a) CoS₂/WS₂、WS₂、Co₃O₄、CoS₂和商用 Pt/C 的 LSV 曲线；(b) 10 mA cm^–2时催化剂的过电位；(c) Tafel斜率；(d) 电化学双层电容；(e) TOF 曲线；(f) η₁₀和Tafel斜率的比较。

图 3 (a) 相应电极的奈奎斯特图。(b) CoS₂/WS₂初始和 1000 次 CV 循环后的极化曲线。插图：过电位为 100 mV 时稳定性测试。

图 4 (a) WS₂、CoS₂和 CoS₂/WS₂表面氢吸附优化模型。(b) CoS₂/WS₂的HER 催化机理。(c) 计算得到 Pt、CoS₂、WS₂和 CoS₂/WS₂表面吸附氢的吉布斯自由能图。(d) CoS₂、WS₂和 CoS₂/WS₂的PDOS。

上述成果以题为“MOF-derived CoS2/WS2 electrocatalysts with sulfurized interface for high-efficiency hydrogen evolution reaction: Synthesis, characterization and DFT calculations”发表在Chemical Engineering Journal 479 (2024) 147924（文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147924）。