南方科技大学郝瑞团队与湖南大学刘松团队：多模态原位成像揭示二维材料析氧反应的缺陷机制

背景：利用可再生能源实现水分解制取绿色燃料是实现碳中和的重要途径，其中析氧反应（OER）是限制效率的关键步骤。二维过渡金属硫族化合物（TMDs）因可调带隙和丰富缺陷结构在催化领域潜力巨大，但缺陷如何影响催化活性与载流子行为缺乏直观原位证据。研究目的：南方科技大学郝瑞团队与湖南大学刘松团队提出多分辨原位成像策略，旨在揭示二维材料中不同原子缺陷在电催化与光电催化析氧反应中的作用机制。结论：以单层MoS₂为模型，研究发现钼空位是电催化和光电催化析氧反应的双功能活性位点，而硫空位虽非主要催化中心，却能通过调控光生载流子分离与传输提升光电催化效率。该工作首次在空间分辨尺度上阐述了不同缺陷类型在两种催化模式中的差异化作用，并揭示了活性与稳定性之间的内在权衡，为二维材料光阳极的结构设计和缺陷调控提供了重要启示。