Angew. Chem. ：WS2纳米片的可规模制备及其混合碱/酸电催化硫回收和制氢应用

二维过渡金属二硫化物（2D-TMDs）纳米片，由于其独特的物理和结构特性，在各领域的应用获得广泛关注和研究。通常，2D-TMDs可以通过湿化学合成、离子插层、机械剥离、化学气相沉积等方法制备，这些方法在简化工艺、降低成本、提高产率等还有很大改进空间。此外，开发可靠、通用、高效率制备2D-TMDs的新方法也是一种策略。2D-TMDs作为电催化剂已被广泛用于析氢反应（HER），并显示出取代高成本铂基催化剂的潜力。与快速增长和更易获得的HER催化剂相比，阳极析氧反应（OER）催化剂的开发仍然相当缓慢。与H₂O形成鲜明对比的是，作为电子给体的硫离子（S^2-），其氧化反应（SOR: S^2- → S + 2e^–，E^θ = -0.48 V vs. SHE）在热力学上比OER更容易进行。因此，SOR作为阳极OER的替代反应与阴极HER耦合制氢，是值得探索的途径。

基于此，近日，中国科学院福建物质结构研究所的温珍海研究员，开发了一种可靠、可扩展、通用的熔盐辅助合成法，可高产量、高产率地制备2D-TMDs（WS₂和MoS₂）纳米片。该WS₂纳米片（WS₂ NSs）对酸性HER表现出良好的催化活性，而在含S^2-的碱性溶液中能够保持稳定并对碱性SOR表现出接近商用Pt/C的催化性能。以该WS₂ NSs作为碱性SOR和酸性HER的阳极和阴极电催化剂，构建了混合碱/酸电化学器件，其不仅能够自驱动产氢，还可用于回收碱液中的硫离子。

密度泛函理论分析结果表明，层状结构的WS₂其边缘位点催化SOR和HER的活性高于面内位点，而所制备的WS₂ NSs暴露的边缘位点明显要高于块状的商用WS₂粉末，因此所制备的WS₂ NSs表现出良好的SOR和HER双功能催化性能。

基于WS₂ NSs对碱性SOR和酸性HER电催化的优异性能，作者建构了一个混合碱/酸流动电化学器件，实现了碱性溶液中硫离子回收（单质硫）的同时，显著降低了电化学制氢的电耗。所设计的电化学混合器件可稳定运行超过192 h（8天），且所制备的WS₂ NSs可保持物理化学性质的相对稳定。

该工作开发了一种简单、可扩展、高产率制备WS₂和MoS₂纳米片的低温熔盐法。展示了WS₂纳米片作为阳极（碱性硫离子氧化）和阴极（酸性产氢）催化剂在自驱动或低电耗混合碱/酸电化学器件中的应用前景。

论文信息：

Scalable Synthesis of WS2 Nanosheets for Alkali-acid Electrocatalytic Sulfion Recycle and H2 Generation

Luocai Yi, Yaxin Ji, Ping Shao, Junxiang Chen, Junwei Li, Hao Li, Kai Chen, Xinxin Peng, Zhenhai Wen

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202108992

《德国应用化学》