基于银和铋的二硫化钼多相材料具有双重功能，既能有效促进氧气的释放反应，又能降解染料

《Nanoscale Advances》：Dual functionality of silver- and bismuth-based molybdenum disulfide multiple phases towards effective oxygen evolution reaction and dye degradation

本研究通过水热法合成Ag/Bi掺杂的MoS?催化剂，发现3% Ag掺杂的催化剂在RhB降解中表现出99.57%的高效性，同时具有优异的氧析出电催化性能，过电位仅192 mV，Tafel斜率为65.3 mV dec?1。

　　
该研究聚焦于通过金属和非金属掺杂策略优化二维层状材料的性能，重点开发了一种新型双功能Ag/Bi掺杂MoS?催化剂，并系统评估其在染料降解和氧析出（OER）领域的综合应用潜力。研究团队采用水热法实现了Bi与Ag的协同掺杂，通过调控掺杂浓度（Bi固定为2 wt%，Ag分别为1 wt%和3 wt%）构建了梯度掺杂体系，最终在3 wt% Ag掺杂条件下获得99.57%的RhB染料降解效率，同时将OER过电位降低至192 mV（10 mA cm?2），展现出卓越的电催化性能。

**材料设计与合成策略**
研究以Na?MoO?·2H?O和NH?CSNH?为前驱体，通过水热法构建MoS?基复合材料。核心创新在于采用双掺杂机制：首先以2 wt% Bi3?实现非金属掺杂，提升材料在复杂pH环境中的稳定性；随后引入Ag?作为金属掺杂剂，通过调控Ag的负载量（1 wt%和3 wt%）实现催化性能的梯度优化。合成过程中，通过精确控制HCl的添加量（维持pH=2）和反应温度（180°C，22 h），确保了Bi与Ag在MoS?晶格中的均匀分布，同时保持材料的大比表面积（ECSA达19.55 mF cm?2）。

**结构特性与表征分析**
XRD和SAED结果表明，掺杂过程未改变MoS?基体的主体晶体结构，但Bi的引入促使部分MoS?相从单斜相向六方相转变，Ag掺杂则进一步强化了晶格的有序性。通过高分辨TEM观察发现，Ag掺杂后形成了独特的纳米棱柱结构（3 wt% Ag样品），其晶格间距（0.307–0.319 nm）与纯MoS?接近，但表面缺陷密度显著增加。FTIR光谱显示，掺杂导致Mo-S键振动频率偏移（445→472 cm?1），表明金属原子与硫原子的配位作用增强，同时硫空位（S?1）的形成进一步优化了活性位点的电子传输效率。

**催化性能与机理探讨**
在RhB降解实验中，中性环境（pH=7）展现出最佳降解效果，3 wt% Ag/Bi-MoS?在10分钟内实现99.57%的降解率。对比分析表明，Ag的引入通过双重机制提升催化活性：一方面，Ag纳米颗粒（粒径<60 nm）作为电子中介体加速了NaBH?还原RhB的氧化还原动力学；另一方面，Ag与Bi的协同作用重构了MoS?的表面活性位点，其中Ag3?与Mo??形成异质结构，Bi3?则通过空位调控增强了材料的亲水性。这种协同效应在酸性介质（pH=4）中尤为显著，降解效率达82.71%。

电化学测试揭示了Ag掺杂对OER性能的显著提升。在碱性电解液中，3 wt% Ag/Bi-MoS?电极展现出以下关键特性：
1. **超低过电位**：仅需192 mV即可达到10 mA cm?2的电流密度，较未掺杂MoS?（237 mV）降低19.1%
2. **优异塔菲尔斜率**：65.3 mV dec?1，表明中间体吸附能垒显著降低
3. **快速电荷转移**：EIS显示该电极的电子转移电阻（Rct）仅为0.18 Ω·cm2，较纯MoS?（0.45 Ω·cm2）降低60%

**结构-性能关联性解析**
XPS分析揭示了掺杂引起的化学态变化：Mo以+4为主（占比约75%）并伴随少量+6价态，Ag的3d轨道峰（367.2/373.2 eV）与Bi的4f轨道峰（159.6/165 eV）均显示稳定存在。EDS元素映射显示Ag和Bi在MoS?层间呈均匀分布，且Ag的负载量与催化性能呈正相关（3 wt% Ag样品性能最佳）。FESEM和TEM图像显示，Ag掺杂促使MoS?从片状结构向纳米棱柱（3 wt% Ag）演变，比表面积提升23%，活性位点密度增加。

**环境友好与可重复利用特性**
研究团队创新性地引入NaBH?作为通用还原剂，突破传统催化剂需特定pH环境的限制，使催化剂在pH=4（酸性）、pH=7（中性）和pH=12（碱性）三种典型环境中均保持高效。循环实验显示，3 wt% Ag/Bi-MoS?经5次循环后降解效率仍保持在98.5%以上，且电化学性能（过电位和塔菲尔斜率）无明显衰减，验证了其工业化应用的可行性。

**应用前景与工业启示**
该催化剂在以下领域展现出重要应用价值：
1. **水处理**：对RhB染料的高效降解可扩展至其他有机污染物处理，特别是处理印染废水（pH范围4-12）
2. **能源转换**：OER性能参数（过电位192 mV，塔菲尔斜率65.3 mV dec?1）已达到商业Pt基催化剂的90%效能，且成本降低80%以上
3. **多相催化体系**：Ag/Bi协同掺杂机制为开发新型双功能催化剂提供了通用策略，可拓展至CO?还原、葡萄糖氧化等电催化反应

**技术突破与创新点**
1. **双掺杂协同机制**：首次系统研究Ag3?/Bi3?在MoS?层间的作用，发现Ag的电子供体特性与Bi的空位调控功能的互补效应
2. **结构调控新方法**：通过掺杂改变层间距（0.307→0.319 nm）和缺陷密度，在保持材料化学稳定性的前提下优化活性位点暴露度
3. **普适性催化体系**：开发适用于酸性、中性、碱性三种典型水质环境的通用催化剂，突破传统催化剂对pH条件的严格限制

**产业化挑战与优化方向**
尽管该催化剂在实验室条件下表现出色，但需进一步解决以下工程化问题：
1. **规模化制备稳定性**：需优化水热反应参数（如前驱体比例、温度梯度控制）以实现批次间性能一致性
2. **长期稳定性测试**：需补充2000小时以上的加速老化实验数据
3. **成本效益平衡**：Bi的引入（单价$35/kg）与Ag（$55/kg）需通过工艺改进降低成本

本研究为开发低成本、高稳定性双功能催化剂提供了重要参考，其多维度协同调控策略（金属掺杂+结构工程+表面改性）对推动电催化技术产业化具有重要指导意义。