李灿院士、范峰滔研究员团队最新 Angew：原位电化学成像揭示 MoS₂ 褶皱区域的析氢活性位点及其活性起源

本文研究团队通过原位原子力显微镜-扫描电化学显微镜（AFM-SECM）技术，在催化反应过程中对单层MoS₂进行纳米级成像，直接识别出褶皱区域是析氢反应（HER）的高活性域，而本征基面几乎不产生HER电流。结合环形暗场扫描透射电子显微镜（ADF-STEM）表征，发现褶皱边缘的折叠结构是活性增强的结构起源，褶皱高度越大，折叠边缘结构数量越多，HER电流越高。通过原位电子转移（ET）成像对比，发现褶皱区域的电荷转移动力学增强有限（约2-10%），远低于HER活性提升幅度，表明HER增强主要来自后续化学步骤的促进而非电子转移改善。理论计算构建的纳米环模型揭示，折叠边缘的局部曲率引起Mo-Mo间距拉伸和S-Mo-S键角畸变，诱导电荷重新分布，使外侧S原子电子密度增加，调节氢吸附自由能，促进质子吸附和HER化学步骤。该研究修正了仅依据ex situ导电性测量理解褶皱催化效应的直觉认识，强调了在真实反应环境中开展纳米级原位表征的必要性，为通过折叠、弯曲和应变工程设计高效二维电催化材料提供了新思路。