维也纳大学与维也纳技术大学的联合研究团队在《纳米快报》(Nano Letters)发表最新研究成果，首次在原子尺度上实现了铂(Pt)原子在二维二硫化钼(MoS₂)单层材料中的精准掺杂与定位。该研究通过创新性的实验方法，成功将铂原子嵌入MoS₂晶格，并精确测定其占据位置，为二维材料的可控改性提供了重要参考，有望显著提升其在催化、传感及电子器件等领域的应用潜力。

精准掺杂技术突破二维材料性能瓶颈

二硫化钼作为一种典型的过渡金属二硫属化物(TMDC)，具有独特的电子结构和较大的表面积体积比，在催化析氢反应(HER)、气体传感及柔性电子器件中展现出重要价值。然而，其本征的化学惰性表面限制了催化活性位点的形成，制约了实际应用效果。研究团队采用"缺陷工程+可控沉积+高分辨成像"的三步策略，成功克服了这一难题。

实验过程中，研究人员首先利用低能氦离子束辐照MoS₂单层，在表面可控地引入硫(S)空位缺陷。随后，通过物理气相沉积(PVD)技术将铂原子精确填充至缺陷位点。为验证掺杂效果，团队采用单边带叠层扫描(SSB)技术进行原子级成像分析，该技术基于电子衍射图案重建，可实现0.1纳米级分辨率。结果显示，铂原子优先占据单硫空位(V₁S)，占比超过80%，其余分布在双硫空位(V₂S，12%)和钼空位(V_Mo，8%)中，且掺杂结构在常温下表现出优异的稳定性。

原子级调控推动催化材料设计

该研究的核心突破在于实现了掺杂过程的原子级精确控制。传统掺杂方法往往难以精准调控杂质原子的位置与浓度，而这项研究通过结合离子辐照缺陷工程和高分辨率表征技术，首次在实验上验证了铂原子在MoS₂中的占位偏好性。理论计算表明，铂掺杂不仅能有效降低氢吸附自由能，提升析氢催化活性，还可能通过调节电子结构增强气体分子吸附能力，为设计高性能传感器提供新思路。

研究负责人指出："这项工作建立了一种可推广的二维材料原子级改性方法，未来可拓展至其他过渡金属掺杂体系。"目前，团队正进一步研究不同掺杂浓度对材料电催化性能的影响，并探索该技术在能源转换与存储领域的应用前景。

推动二维材料走向实际应用

这项研究成果不仅为理解二维材料中杂质原子行为提供了直接实验证据，更重要的在于发展了一套可精确调控材料性能的技术路线。相较于传统试错法材料优化，这种原子级工程策略能够更有针对性地设计活性位点，从而加速新型功能材料的开发进程。

随着表征技术和制备工艺的不断进步，二维材料的改性研究正逐渐从宏观尺度向原子尺度深入。该工作展示的精准掺杂方法，有望在未来推动MoS₂基催化剂、传感器及电子器件的性能突破，为相关产业应用奠定科学基础。

更多信息： David Lamprecht 等人，利用单边带叠层衍射技术揭示二硫化钼中替代铂掺杂的原子结构，Nano Letters (2025)。期刊信息： Nano Letters