通过分子束沉积控制 Si 上的混合 Mo/MoS$_2$ 区域以实现氢演化反应

钼二硫化物（MoS$_2$）是典型的层状过渡金属化合物，其电催化性能受晶体性、缺陷密度和电子导电性之间微妙平衡的支配。本文报告了一项系统性的分子束沉积（MBE）研究，通过独立变更退火温度、沉积循环数和Mo/S厚度比来控制MoS$_2$薄膜的结构和电子性质。成功实现了在Si基底上原子均匀的MoS$_2$生长，实现了强界面耦合和高效电荷转移，为向半导体集成催化结构提供了可行路径。X射线衍射、拉曼光谱和X射线吸收分析揭示，更高的退火温度和过量的沉积循环数会增强晶体性，但降低边缘位密度和电导性，从而导致氢演化反应（HER）活性下降。相比，中等循环数和硫不足的生长条件可产生由残余金属Mo和硫空位组成的异质结构，这些结构激活原本惰性的基面，同时提供导电通路。这些缺陷工程薄膜实现了最佳的催化性能，在电流密度为-10 mA cm$^{-2}$时实现了过电位低至-0.33 V，电化学比表面积（ECSA）最大可达8.0 cm$^2$，质量基换气速率超过23 mmol H$_2$ g$^{-1}$ s$^{-1}$，是惰性对应物的两倍以上。我们的发现表明，硫计量和生长动力学是调控MBE生长MoS$_2$中结构有序性与催化活性相互作用的强大工具，并指向了更广泛的原子尺度工程层状催化剂的策略。