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.

A promising family of mixed transition-metal oxides (MTMOs) (designated as Ax B3-x O4 ; A, B=Co, Ni, Zn, Mn, Fe, etc.) with stoichiometric or even non-stoichiometric compositions, typically in a spinel structure, has recently attracted increasing research interest worldwide. Benefiting from their remarkable electrochemical properties, these MTMOs will play significant roles for low-cost and environmentally friendly energy storage/conversion technologies. In this Review, we summarize recent research advances in the rational design and efficient synthesis of MTMOs with controlled shapes, sizes, compositions, and micro-/nanostructures, along with their applications as electrode materials for lithium-ion batteries and electrochemical capacitors, and efficient electrocatalysts for the oxygen reduction reaction in metal-air batteries and fuel cells. Some future trends and prospects to further develop advanced MTMOs for next-generation electrochemical energy storage/conversion systems are also presented.

Two-dimensional nanosheets have attracted tremendous attention because of their promising practical application and theoretical values. The atomic-thick nanosheets are able to not only enhance the intrinsic properties of their bulk counterparts but also give birth to new promising properties. Herein, we highlight an available pathway to prepare the ultrathin graphitic-phase C3N4 (g-C3N4) nanosheets by a "green" liquid exfoliation route from bulk g-C3N4 in water for the first time. The as-obtained ultrathin g-C3N4 nanosheet solution is very stable in both the acidic and alkaline environment and shows pH-dependent photoluminenscence (PL). Compared to the bulk g-C3N4, ultrathin g-C3N4 nanosheets show enhanced intrinsic photoabsorption and photoresponse, which induce their extremely high PL quantum yield up to 19.6%. Thus, benefiting from the inherent blue light PL with high quantum yields and high stability, good biocompatibility, and nontoxicity, the water-soluble ultrathin g-C3N4 nanosheet is a brand-new but promising candidate for bioimaging application.

Electrochemical water splitting is a clean technology for H2 fuels, but greatly hindered by the slow kinetics of the oxygen evolution reaction (OER). Herein, a series of spinel-structured nanosheets with oxygen deficiencies and ultrathin thicknesses were designed to increase the reactivity and the number of active sites of the catalysts, which were then taken as an excellent platform for promoting the water oxidation process. Theoretical investigations showed that the oxygen vacancies confined in the ultrathin nanosheet could lower the adsorption energy of H2O, leading to increased OER efficiency. As expected, the NiCo2O4 ultrathin nanosheets rich in oxygen vacancies exhibited a large current density of 285 mA cm(-2) at 0.8 V and a small overpotential of 0.32 V, both of which are superior to the corresponding values of bulk samples or samples with few oxygen deficiencies and even higher than those of most reported non-precious-metal catalysts. This work should provide a new pathway for the design of advanced OER catalysts.

Advanced MaterialsVolume 28, Issue 12 p. 2427-2431 Communication Single-Atom Pt as Co-Catalyst for Enhanced Photocatalytic H2 Evolution Xiaogang Li, Xiaogang Li Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials, CAS Center for Excellence in Nanoscience, CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, 230026 ChinaSearch for more papers by this authorWentuan Bi, Wentuan Bi Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials, CAS Center for Excellence in Nanoscience, CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, 230026 ChinaSearch for more papers by this authorLei Zhang, Lei Zhang Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Synergetic Innovation Center of Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China, Hefei, 230026 Anhui, ChinaSearch for more papers by this authorShi Tao, Shi Tao National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, 230026 ChinaSearch for more papers by this authorWangsheng Chu, Corresponding Author Wangsheng Chu National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, 230026 ChinaE-mail: chuws@ustc.edu.cn, qunzh@ustc.edu.cn, czwu@ustc.edu.cnSearch for more papers by this authorQun Zhang, Corresponding Author Qun Zhang Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Synergetic Innovation Center of Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China, Hefei, 230026 Anhui, ChinaE-mail: chuws@ustc.edu.cn, qunzh@ustc.edu.cn, czwu@ustc.edu.cnSearch for more papers by this authorYi Luo, Yi Luo Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Synergetic Innovation Center of Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China, Hefei, 230026 Anhui, ChinaSearch for more papers by this authorChangzheng Wu, Corresponding Author Changzheng Wu Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials, CAS Center for Excellence in Nanoscience, CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, 230026 ChinaE-mail: chuws@ustc.edu.cn, qunzh@ustc.edu.cn, czwu@ustc.edu.cnSearch for more papers by this authorYi Xie, Yi Xie Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials, CAS Center for Excellence in Nanoscience, CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, 230026 ChinaSearch for more papers by this author Xiaogang Li, Xiaogang Li Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials, CAS Center for Excellence in Nanoscience, CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, 230026 ChinaSearch for more papers by this authorWentuan Bi, Wentuan Bi Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials, CAS Center for Excellence in Nanoscience, CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, 230026 ChinaSearch for more papers by this authorLei Zhang, Lei Zhang Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Synergetic Innovation Center of Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China, Hefei, 230026 Anhui, ChinaSearch for more papers by this authorShi Tao, Shi Tao National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, 230026 ChinaSearch for more papers by this authorWangsheng Chu, Corresponding Author Wangsheng Chu National Synchrotron Radiation Laboratory, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, 230026 ChinaE-mail: chuws@ustc.edu.cn, qunzh@ustc.edu.cn, czwu@ustc.edu.cnSearch for more papers by this authorQun Zhang, Corresponding Author Qun Zhang Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Synergetic Innovation Center of Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China, Hefei, 230026 Anhui, ChinaE-mail: chuws@ustc.edu.cn, qunzh@ustc.edu.cn, czwu@ustc.edu.cnSearch for more papers by this authorYi Luo, Yi Luo Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Synergetic Innovation Center of Quantum Information and Quantum Physics, University of Science and Technology of China, Hefei, 230026 Anhui, ChinaSearch for more papers by this authorChangzheng Wu, Corresponding Author Changzheng Wu Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials, CAS Center for Excellence in Nanoscience, CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, 230026 ChinaE-mail: chuws@ustc.edu.cn, qunzh@ustc.edu.cn, czwu@ustc.edu.cnSearch for more papers by this authorYi Xie, Yi Xie Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale, Collaborative Innovation Center of Chemistry for Energy Materials, CAS Center for Excellence in Nanoscience, CAS Key Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials, University of Science and Technology of China, Hefei, Anhui, 230026 ChinaSearch for more papers by this author First published: 29 January 2016 https://doi.org/10.1002/adma.201505281Citations: 998Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Graphical Abstract Isolated single-atom platinum (Pt) embedded in the sub-nanoporosity of 2D g-C3N4 as a new form of co-catalyst is reported. The highly stable single-atom co-catalyst maximizes the atom efficiency and alters the surface trap states of g-C3N4, leading to significantly enhanced photocatalytic H2 evolution activity, 8.6 times higher than that of Pt nanoparticles and up to 50 times that for bare g-C3N4. Citing Literature Supporting Information 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. Filename Description adma201505281-sup-0001-S1.pdf283.6 KB Supplementary 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. Volume28, Issue12March 23, 2016Pages 2427-2431 RelatedInformation

Finding an ideal model for disclosing the role of oxygen vacancies in photocatalysis remains a huge challenge. Herein, O-vacancies confined in atomically thin sheets is proposed as an excellent platform to study the O-vacancy-photocatalysis relationship. As an example, O-vacancy-rich/-poor 5-atom-thick In2O3 porous sheets are first synthesized via a mesoscopic-assembly fast-heating strategy, taking advantage of an artificial hexagonal mesostructured In-oleate complex. Theoretical/experimental results reveal that the O-vacancies endow 5-atom-thick In2O3 sheets with a new donor level and increased states of density, hence narrowing the band gap from the UV to visible regime and improving the carrier separation efficiency. As expected, the O-vacancy-rich ultrathin In2O3 porous sheets-based photoelectrode exhibits a visible-light photocurrent of 1.73 mA/cm(2), over 2.5 and 15 times larger than that of the O-vacancy-poor ultrathin In2O3 porous sheets- and bulk In2O3-based photoelectrodes.

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.