福大张久俊院士/刘尧&武理工罗国强等: 掺杂提升MoS\u2082活性的理论新见解

本研究背景聚焦于二维过渡金属硫化物，特别是二硫化钼(MoS₂)作为低成本、稳定的非贵金属氧还原反应(ORR)电催化剂，但其催化活性主要局限于边缘位点，基面原子呈现惰性。研究目的是通过密度泛函理论，系统探究过渡金属和非金属掺杂对MoS₂ ORR活性的调控机制，以厘清掺杂提升活性的内在原理。研究结论表明，掺杂对活性的调控呈现d电子数依赖行为：在d1-d3区域，活性提升主要源于金属d轨道与硫p轨道的d-p杂化效应，上移硫的p带中心以增强中间体吸附；在d7-d9区域，主导机制为Jahn-Teller效应引起的局域结构畸变和电子重排，同样上移硫p带中心，部分体系理论过电位低至约0.53 V。此外，非金属共掺杂可进一步优化活性，过电位降至0.41–0.50 V。该工作从统一电子结构视角区分了不同掺杂区间的主导机制，为理性设计高效ORR催化剂提供了明确理论指导。