​于振涛/管杰/元勇军Nano Letters：调控1T-2H MoS2的Lewis酸性中心，促进光热催化木质素生物质制氢

植物光合作用产生的木质素生物质是一种丰富的可持续资源，其是最理想的化石燃料替代品，对构建可持续的绿色能源系统具有重要意义。目前，热化学处理是将木质纤维素生物质转化为化学燃料的主要方法之一。由于木质素复杂而稳定的结构，热催化受到产物选择性差、产率低和额外化石能源消耗的限制。

由于热催化和光催化的协同作用，光热催化作为一种将木质素生物质直接转化为化学燃料的策略引起人们广泛关注。固体酸是木质素热催化转化为化学燃料的有效催化剂，其活性位点归属于表面的Lewis或Brønsted酸性位点。因此，设计具有Lewis酸性和水还原活性中心的光热材料是促进光热催化木质素生物质转化为H₂的有效策略。

基于此，南京大学于振涛、东南大学管杰和杭州电子科技大学元勇军等成功构建了一个有效的光热催化体系，使用具有可调节层数的1T-2H MoS₂纳米片作为催化剂。合成过程中较低的S/Mo比可以诱导形成具有较低层数的端基1T-2H相结构，从而增加配位不饱和Mo原子作为木质素及其衍生物分解的Lewis活性位点的数量，实现增强的产氢活性。

实验结果表明，在光照下，最优的MoS₂-7上的产氢速率高达3661 μmol h⁻¹ g⁻¹，太阳能-氢气(STH)转化效率为0.18%，并且其还可以将自然界中丰富的木质素生物质如木屑、竹子、稻草、玉米芯和稻壳转化为氢气。

基于实验和理论计算结果，研究人员提出了木质素生物质在MoS₂催化剂上通过光热催化产生氢气的机制：MoS₂和生物质碱溶液在光照下吸收光能并转化为热能，导致反应溶液温度升高；配位不饱和Mo原子可与溶于碱性水溶液中的木质素或其衍生物的O原子结合，导致C-O键断裂；MoS₂的暴露边缘是H₂生成反应的活性位点，因此来自木质素或H₂O的质子可以与MoS₂的暴露边缘结合，其接受电子后还原生成H₂。

综上，以1T-2H为端基的异质结构和较少的层数提供了丰富的暴露边缘和Lewis酸中心，提高了MoS₂催化剂的光热催化木质素生物质制氢活性，为太阳能驱动的可再生木质素生物质直接转化为氢燃料提供了一个可持续和具有成本效益的方法。

Regulating lewis acidic sites of 1T-2H MoS₂ catalysts for solar-driven photothermal catalytic H₂ production from lignocellulosic biomass. Nano Letters, 2023. DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03947