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美國科學家最近發現，厚度為原子級的二硫化鎢(WS2)奈米薄片(nanosheet)能在釋氫反應(hydrogen evolution reaction, HER)中有效扮演觸媒的角色，因此有潛力取代目前燃料電池的聚合物薄膜電極採用的昂貴鉑基(Platium-based)觸媒。
氫是傳統石化燃料之外的環保能源選項之一，而且它能藉由釋氫反應由一般海水製造出來，聚合物電極薄膜電池(polymer electrolyte membrane cell, PEMC)便是一例。不過，目前PEMC中使用的鉑(Pt)觸媒雖然是燃料電池中電活性最大者，但其昂貴的價格多少阻礙了PEMC的普及化。
近年來，科學家注意到化學通式為MX2為過渡金屬硫屬化合物(transition metal dichalcogenides, TMD)，其中M為過渡金屬如鉬(Mo)或鎢(W)，X則為硫(S)、硒(Se)或碲(Te)，當這類半導體材料由塊材變成單原子層時，能帶結構中的間接能隙會轉變成直接能隙。此特性使它們被看好能應用在許多光電元件中，如發光二極體(LED)。最近，羅格斯(Rutgers)大學的Manish Chhowalla等人發現二硫化鎢(WS2)的一種新晶格結構還可以做為HER的理想觸媒。
這種名為1T相(1T phase)的晶格結構為金屬性，具有八面體(octahedral)結構，有別於先前已知屬於三角稜柱結構(trigonal prismatic geometry)的半導體性2H相(2H phase)。單原子層的WS2結構與石墨烯相似，不過是由兩個硫原子層以離子鍵夾住一層鎢原子所組成，而鎢原子的配位數決定了該結構是1T或2H相。Chhowalla利用化學剝離法製造出1T相的WS2，它們發現如此得到的WS2能以非常低的過電位(overpotential，要讓反應發生所需提供的電壓)來生產氫。
該團隊也發現氫的吸附能與1T相的應變(strain)有關，正應變能明顯降低吸附能。根據他們的理論計算，最佳吸附發生在應變為2.7%時。這項研究證明只要施加機械應力，就能提升TMD的催化活性。此外，由於1T相是金屬性，導電性好也能增進HER的反應速率。
由於這類材料即使只有薄薄一層，就有很高的催化效果，因此用量少，只需少許就能覆蓋很大的面積，這是鉑基觸媒所無法提供的優勢。該團隊目前正致力解決應變不均的問題，並嘗試結合WS2與其他導電材料如石墨烯或碳奈米管，以提高電子的傳輸，增加HER的反應效率。詳見Nature Materials 12,850(2013) | doi:10.1038/nmat3700。 |