研究背景与意义
化石燃料枯竭与环境危机迫使人类加速开发绿色可再生能源。电催化能量转化（水分解制氢、CO₂还原制燃料、氮气电还原制氨、氧还原/析出等）是实现“碳中和”与“绿氢经济”的核心技术。然而，贵金属催化剂成本高、储量低，难以规模化；非贵金属催化剂普遍面临活性位点少、电子结构不优、稳定性差三大瓶颈。
二维材料因极高比表面积、可调电子结构、丰富配位不饱和位点，成为电催化领域最炙手可热的平台。钼基化合物因d带电子结构类似Pt、价态丰富（Mo²⁺~Mo⁶⁺）、成本低，已发展出MoS₂、MXene、MBene、Mo₅N₆、Mo₂C、MoP、N、O化合物等庞大二维家族，在HER、OER、ORR、NRR、CRR等多场景展现巨大潜力。
如何系统构建高性能二维钼基电催化剂，实现多反应高效协同，成为能源电催化领域的战略制高点。
核心突破：从合成到调控的全链条优化
南京大学王昊助理教授团队联合新加坡南洋理工大学Jong-Min Lee教授，在Advanced Functional Materials发表重磅综述，系统总结二维钼基化合物最新进展，覆盖材料种类、合成策略、调控手段与电催化应用，为后贵金属时代电催化剂设计提供完整路线图。
关键进展：
1. 材料家族：从经典MoS₂到新兴Mo₅N₆、Mo₂TiC₂Tₓ、MoSi₂N₄、MoB、MoP等非层状二维材料（图2）。
2. 合成策略：
拓扑化学（剥离、选择性刻蚀、拓扑转化）。
自下而上（水/溶剂热、CVD、熔盐法、电纺、3D打印）。
3. 调控手段：
原子级（掺杂、缺陷、单原子锚定）。
面级（相变、端基修饰、异质界面）。
协同级（多孔、异质结构、应力/轨道调控）。
4. 性能飞跃：
HER：Co-Mo₅N₆过电位280 mV@1 A cm⁻²（优于Pt）。
NRR：Ru/2H-MoS₂产率1.14×10⁻¹⁰ mol cm⁻² s⁻¹ + FE 17.6%。
CRR：Nb掺杂MoS₂ CO选择性82%。
科学意义与应用前景
1. 体系化框架：首次全面梳理二维钼基化合物全谱系，建立“结构-合成-调控-性能”完整知识图谱。
2. 普适性指导：提出原子/面/协同三级调控通用策略，可迁移至其他2D材料体系。
3. 工业化潜力：熔盐法、电纺等实现克级以上制备，为规模化应用奠定基础。
4. 多场景赋能：
绿氢：超低过电位HER催化剂。
绿氨：高选择性NRR替代Haber-Bosch。
碳循环：高效CRR实现CO₂资源化。
燃料电池/金属-空气电池：高活性ORR/OER双功能催化。
图文导读
图1：综述框架
涵盖二维钼基化合物种类、合成、调控策略及在水/碳/氮循环中的应用。
图2：二维钼基化合物家族
从经典MoS₂（2H/1T/1T’/3R相）到MXene、MBene、MoO₃、Mo₂C、Mo₅N₆、MoSi₂N₄等新兴非层状材料。
图3：拓扑化学合成
(A-D) 电化学锂化剥离MoS₂单层。(E-G) 液相剥离MoN纳米片。(H-N) 选择性刻蚀MAX相制MXene。(O-S) MoS₂→Mo₅N₆拓扑转化（厚度保持37%）。
图4：自下而上合成
(A-C) 溶剂热生长MoS₂/CoSe₂异质结构。(D-E) CVD生长多种Mo基TMDs。(F-G) MoSi₂N₄单层。(H-J) 熔盐法制2D MoN₁.₂。
图5：原子级调控
(A-C) N掺杂激活MoS₂基面。(D) 金属掺杂ΔG_H火山图。(E-G) Ru/N共掺Mo₂C。(H-K) S空位调控MoS₂电子结构。(L-M) 多空位MoSe₂。
图6：面级调控
(A-C) Ni诱导MoN→Mo₅N₆相变（Pt-like d带）。(D) 衬底调控MoS₂电荷注入。(E-F) 端基功能化调控功函数。(G-H) CoS₂@1T-MoS₂界面电荷重构。(I-J) MoP/Mo₂N异质界面优化水解离。
图7：协同调控
(A-D) 三尺度优化MoS₂泡沫（宏观介孔+纳米垂直片+原子掺杂）。(E-H) 2D孔Mo₂C/Mo₂N异质结构。
图8：HER应用实例
(A-D) Pd,Ru–MoS₂−x(OH)y界面拖拽H₃O⁺机制。(E-H) W/V合金化MoN₁.₂实现超Pt大电流密度HER。(I-L) Co-Mo₅N₆异质结构1 A cm⁻²仅280 mV。
图9：NRR与CRR应用
(A-C) Co掺杂+S空位协同激活MoS₂基面NRR。(D-G) 1T-MoS₂显著增强N₂吸附与N≡N断裂。(H-K) Nb掺杂MoS₂实现CRR高CO选择性。
论文信息
成果以“2D Molybdenum Compounds for Electrocatalytic Energy Conversion”为题，发表于材料领域顶级期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子19.0）
文献来源
Jianmei Chen, Yanping Lin, Hao Wang*, Jianmin Li, Shujuan Liu, Jong-Min Lee*, Qiang Zhao*. “2D Molybdenum Compounds for Electrocatalytic Energy Conversion” Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2210236