本项目属于材料科学领域基础研究。二维材料形貌、结构、尺寸、性质和性能，以及表面气体吸附与反应是表面科学研究的核心内容，与催化相关的吸附研究一直处于本学科的前沿研究领域，水分解制氢反应即是本领域的核心反应，其中涉及的析氢催化是表面科学领域的热点课题。先进的制造技术要求从分子水平上精确控制表界面结构和性质，这就使得从原子水平上认识表面反应机理、吸附反应过程、表面结构和性质变得尤为重要。本项目的主要研究内容包括：

（1）二维过渡金属硫化物纳米团簇的形貌、尺寸、性质和析氢催化活性，具体包括氢在不同形貌过渡金属二硫化物纳米团簇表面、边缘等位置的吸附，形貌、尺寸、边缘结构对于纳米团簇性质、析氢催化活性和效率的影响；

（2）单层过渡金属硫化物纳米片成分、表面结构、边缘结构、性质和析氢催化活性，具体包括各种成分二维材料不同表面结构的催化活性，各种表面和边缘位置的催化活性，以及氢覆盖度、应力等对于催化活性的调控；

（3）过渡金属掺杂、应力和缺陷对于非磁性二维材料性质的调控，通过分析非磁性二维材料的结构和性质，重点分析精细电子结构，选用潜在磁性原子掺杂，采用合适的拉或者压应力，以及合适的缺陷类型，调控二维材料结构和性质，引入磁性。

本项目在国家自然科学基金以及陕西省自然科学基金的资助下，主要采用理论计算的方法，同时结合实验验证，深入系统的研究了以上研究内容，取得了一批重要的研究成果，发表SCI 学术论文80 余篇，其中影响因子8 以上论文8 篇,包括Physical Review Letters、Nano Letter、Journal of Physical Chemistry Letter、Journal of Materials Chemistry A、Journal of Physical Chemistry C 等，影响因子4 以上论文 15 篇。8 篇代表性论文同行SCI 他引225次。成果中包括以下重要科学发现：

（1）揭示了化学气相沉积法制备的单层过渡金属二硫化物纳米片形貌、结构、尺寸、性质和催化活性，发现了尺寸对于结构和性质的特殊效应：

探明了过渡金属二硫化物单分子层纳米团簇的各种可能形貌和结构，揭示了特定形貌、表面和边缘结构的催化活性，该项研究结果使人们全面认识了过渡金属二硫化物纳米团簇的形貌和结构，发现了不同金属二硫化物结构、性质特性，及其尺寸对于催化活性的不同效应，探明了催化活性的决定因素。为开发低成本、高性能的电化学析氢催化剂铺平了道路。研究结果发表在Nano Letter，Physical Chemistry Chemical Physics 等专业期刊上，其中，发表在Nano Letter 上的文章成为ESI 高被引论文。

（2）揭示了液相剥离发制备的单层过渡金属二硫化物的催化活性主要来自于低位的S 原子，探明了进一步提升催化性能的有效技术：

实验研究发现，液相剥离出的单层WS2的催化活性主要来自于ZT结构相，其1T结构相退火处理后转变为2H相，该项目的研究结果表明，ZT 相是MoS2和WS2的亚稳态相，单层ZT-MoS2为半导体性质，单层ZT-WS2则为金属性质，ZT-MoS2和ZT-WS2的表面均具有催化析氢活性。发现了具有催化活性的表面结构及其活性位点，探明了进一步提升催化活性的有效技术，为开发低成本、高性能的电化学析氢催化剂铺平了道路。研究结果在J Materials Chemistry A（SCI 他引58 次）等期刊上发表论文10 余篇。

（3）探明了有效引入磁性的金属原子、掺杂位置和浓度，揭示了应力、掺杂、缺陷有效结合控制磁性的技术，发现了性质良好的単分子层稀磁半导体：

以半导体MoX2和WX2为例，研究了磁性金属原子掺杂、应力、缺陷对于过渡金属二硫化物磁性的调控。探明了有效引入磁性的金属原子类型，以及低覆盖度下掺杂原子之间的磁性耦合类型，揭示了磁性良好保持的掺杂浓度范围，发现了性质良好的单分子层稀磁半导体，发现了结合掺杂、应力、缺陷控制单分子层过渡金属二硫化物的磁性的技术。该研究方向在Nanoscale Research Letter, Computational Materials Science 等专业期刊上共发表SCI 学术论文10 余篇，其中代表性论文SCI 他引35 次。