氢气是下一代清洁和可再生能源的最佳燃料。现有的制氢技术有化学催化裂解、光/电化学催化分解水等，其中电化学技术具有转化效率高、绿色等优点而被广泛采用。目前，贵金属铂是电催化分解水制氢的最佳催化剂，然而其价格昂贵且资源稀少，所以寻找高催化活性的非贵金属催化剂是当今该领域的研究热点。现有研究表明，二维层状二硫化钼（MoS₂）材料被誉为潜在的析氢反应（HER）电催化剂。但未剥离的块状MoS₂有着较差的电子传导性和很大的HER过电势。因此，如何提高MoS₂材料对HER的电催化活性是当前的一个重要挑战。

    南京大学化学化工学院夏兴华课题组近年来潜心于局域化表面等离子体共振（LSPR）增强红外光谱和生物分析等方面的研究（Chemical Communication., 2014, 50, 7787；2014, 50, 5480；Analytical Chemistry, 2013, 85, 1053）。近期，他们首次报道了一种等离子体热电子增强HER的电化学体系——Au纳米棒/MoS₂纳米片层复合材料（Au-MoS₂）。该体系通过金纳米棒的LSPR效应活化MoS₂材料对水分解制氢的电催化活性。其中，Au纳米棒高效吸收可见光能产生局域表面等离子体共振，激发电子-空穴对，由于Au纳米棒和MoS₂半导体间较低的肖特基势垒，热电子能注入MoS₂纳米片导带，提高MoS₂电荷密度，使催化剂的能级与HER能级更加匹配，降低MoS₂材料对HER的过电势，HER的转化频率（Turnover frequency）达到了8.76 s^–1，是目前该类催化剂的最高值。他们还提出了加入空穴消除剂（如甲醇、乙醇、葡萄糖等还原剂）来提高电子-空穴对的分离效率的策略，使更多的热电子能有效地注入MoS₂催化剂的导带，进一步提高HER的催化效率。该工作发表于最近一期的J. Am. Chem. Soc. 2015,137, 7365–7370 (DOI: 10.1021/jacs.5b01732)，论文第一作者为13级硕士生施毅同学。该工作得到国家自然科学基金面上项目（21275070）、国家973基础研究项目（2012CB933800）和国家重大科研仪器设备研制专项（21327902）等的支持。

 

图1. Au-MoS₂复合材料的物理表征.

 

图2. Au-MoS₂复合材料的电化学表征.

 

图3. 利用暗场散射显微镜观察热电子转移.

 

图4. 热电子增强HER的机理探讨.