Defect-rich MoS2 ultrathin nanosheets are synthesized on a gram scale for electrocatalytic hydrogen evolution. The novel defect-rich structure introduces additional active edge sites into the MoS2 ultrathin nanosheets, which significantly improves their electrocatalytic performance. Low onset overpotential and small Tafel slope, along with large cathodic current density and excellent durability, are all achieved for the novel hydrogen-evolution-reaction electrocatalyst.

Molybdenum disulfide (MoS2) has emerged as a promising electrocatalyst for catalyzing protons to hydrogen via the so-called hydrogen evolution reaction (HER). In order to enhance the HER activity, tremendous effort has been made to engineer MoS2 catalysts with either more active sites or higher conductivity. However, at present, synergistically structural and electronic modulations for HER still remain challenging. In this work, we demonstrate the successfully synergistic regulations of both structural and electronic benefits by controllable disorder engineering and simultaneous oxygen incorporation in MoS2 catalysts, leading to the dramatically enhanced HER activity. The disordered structure can offer abundant unsaturated sulfur atoms as active sites for HER, while the oxygen incorporation can effectively regulate the electronic structure and further improve the intrinsic conductivity. By means of controllable disorder engineering and oxygen incorporation, an optimized catalyst with a moderate degree of disorder was developed, exhibiting superior activity for electrocatalytic hydrogen evolution. In general, the optimized catalyst exhibits onset overpotential as low as 120 mV, accompanied by extremely large cathodic current density and excellent stability. This work will pave a new pathway for improving the electrocatalytic activity by synergistically structural and electronic modulations.

Crystal facet engineering of semiconductors is of growing interest and an important strategy for fine-tuning solar-driven photocatalytic activity. However, the primary factor in the exposed active facets that determines the photocatalytic property is still elusive. Herein, we have experimentally achieved high solar photocatalytic activity in ultrathin BiOCl nanosheets with almost fully exposed active {001} facets and provide some new and deep-seated insights into how the defects in the exposed active facets affect the solar-driven photocatalytic property. As the thickness of the nanosheets reduces to atomic scale, the predominant defects change from isolated defects V(Bi)‴ to triple vacancy associates V(Bi)‴V(O)••V(Bi)‴, which is unambiguously confirmed by the positron annihilation spectra. By virtue of the synergic advantages of enhanced adsorption capability, effective separation of electron–hole pairs and more reductive photoexcited electrons benefited from the V(Bi)‴V(O)••V(Bi)‴ vacancy associates, the ultrathin BiOCl nanosheets show significantly promoted solar-driven photocatalytic activity, even with extremely low photocatalyst loading. The finding of the existence of distinct defects (different from those in bulks) in ultrathin nanosheets undoubtedly leads to new possibilities for photocatalyst design using quasi-two-dimensional materials with high solar-driven photocatalytic activity.

Benefiting from its strong oxidizing properties, the singlet oxygen has garnered serious attentions in physical, chemical, as well as biological studies. However, the photosensitizers for the generation of singlet oxygen bear in low quantum yields, lack of long wavelength absorption band, poor biocompatibility, undegradable in living tissues, and so on. Here we first demonstrate the exfoliated black phosphorus nanosheets to be effective photosensitizers for the generation of singlet oxygen with a high quantum yield of about 0.91, rendering their attractive applications in catalysis and photodynamic therapy. Through in vitro and in vivo studies, the water dispersible black phosphorus nanosheets show notable cancer therapy ability. In addition, the photodegradable character of black phosphorus from element to biocompatible phosphorus oxides further highlights its therapeutic potential against cancer. This study will not only expand the breadth of study in black phosphorus but also offer an efficient catalyst and photodynamic therapy agent.

A promising, safe, and economic fluorescent probe, g-C3N4 single-layered QDs, is introduced for two-photon fluorescence imaging of the cellular nucleus for the first time. The large two-photon absorption cross section, the high photostability, good biocompatibility and non-toxicity, negligible photothermal effect, and specific interaction with DNA render the single-layered g-C3 N4 QDs as a promising candidate for in vivo and in vitro two-photon fluorescence imaging and further biomedical applications. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Abstract Limited by the relatively sluggish charge‐carrier separation in semiconductors, the photocatalytic performance is still far below what is expected. Herein, a model of ZnIn 2 S 4 (ZIS) nanosheets with oxygen doping is put forward to obtain in‐depth understanding of the role that doping atoms play in photocatalysis. It shows enhanced photocatalytic activity compared with pristine ZIS. The electron dynamics analyzed by ultrafast transient absorption spectroscopy reveals that the average recovery lifetime of photoexcited electrons is increased by 1.53 times upon oxygen incorporation into the ZIS crystals, indicating enhanced separation of photoexcited carriers in oxygen‐doped ZIS nanosheets. As expected, the oxygen‐doped ZIS nanosheets show a remarkably improved photocatalytic activity with a hydrogen evolution rate of up to 2120 μmol h −1 g −1 under visible‐light irradiation, which is 4.5 times higher than that of the pristine ZIS nanosheets.

Exploring efficient electrocatalysts for hydrogen production is one of the most promising pathways to face the energy crisis in the new century. Herein, we highlight metallic molybdenum nitride (MoN) nanosheets with atomic thickness as highly efficient platinum-free electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER). Theoretical calculations demonstrate that the atomically-thin MoN nanosheets show metallic behavior, which can effectively facilitate electron transport during the catalytic process. Structural analyses reveal that the surfaces of the atomically-thin MoN nanosheets are wholly comprised of apical Mo atoms, thus providing an ideal material prototype to reveal the role of Mo atoms during HER catalysis. Through detailed investigations of the HER activity, the active surface sites of the atomically-thin MoN nanosheets are identified, of which the surface Mo atoms can act as the active sites for transforming protons into hydrogen. This novel mechanism will not only broaden our vision on understanding the HER mechanism for other Mo-based electrocatalysts, but also benefit the exploration and optimization of advanced catalysts for future energy production.

Experimental data reveal that the incorporation of carbonyl groups into polymer matrix can significantly enhance singlet oxygen (1O2) generation and suppress production of other reactive oxygen species. Excitonic processes investigated by phosphorescence spectroscopy reveal enhanced triplet-exciton generation in the modified g-C3N4, which facilitate 1O2 generation through an energy transfer process. Benefiting from this, the modified g-C3N4 shows excellent conversion and selectivity in organic synthesis. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Photocatalytic selective oxidation reactions hold great promise for the design of high-value-added organic intermediates, but many of these reactions suffer from low conversion efficiency and selectivity due to uncontrollable oxidation processes. In view of using photogenerated reactive oxygen species as the key oxidant in a selective oxidation reaction, we propose that a highly selective oxidation reaction can be achieved by modulating the corresponding photocatalytic molecular oxygen (O2) activation processes. Using cubic indium sulfide (β-In2S3) nanosheets as a model system, we show that the charge carriers involved in O2 activation can be optimized with the introduction of surface S vacancies. Benefiting from the enhanced charge separation and transfer processes, the In2S3 nanosheets with S vacancies could simultaneously activate O2 into superoxide radicals via electron transfer under visible-light irradiation to display outstanding activity for the selective oxidation of alcohols to aldehydes with high conversion and selectivity. This study offers a new strategy to optimize photocatalytic selective oxidation reactions.

An etching-intralayered Ostwald ripening process is proposed, which leads to the formation of a β-Ni(OH)2 ultrathin nanomesh with abundant and uniformly distributed nanopores of 3–4 nm. The nanomesh catalyst exhibits outstanding oxygen evolution reaction performance, with high catalytic current density and superior long-term stability, making this Earth-abundant nanomesh catalyst a promising candidate for commercial water splitting. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.