Vertically aligned MoS 2 nanosheets on graphene for highly stable electrocatalytic hydrogen evolution reactions

石墨烯 材料科学 金属 电催化剂 催化作用 纳米技术 化学工程 氢 电极 电化学 化学 物理化学 冶金 生物化学 工程类 有机化学
作者
Paulraj Gnanasekar,Dharmaraj Periyanagounder,Kulandaivel Jeganathan
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:11 (5): 2439-2446 被引量:108
标识
DOI:10.1039/c8nr10092f
摘要

Conducting an efficient hydrogen evolution reaction (HER) using two-dimensional molybdenum disulphide as electrocatalysts remains a challenging task due to the insufficient active edge sites. In this regard, herein, molybdenum disulphide nanosheets with rich active sulphur sites were vertically grown on the graphene surface via a chemical vapour deposition process. The direct integration of vertically aligned MoS2 nanosheets on graphene forms a van der Waals (vdW) heterojunction, which facilitates a barrier-free charge transport towards the electrolyte as a result of unique and well-matched energy band alignment at the interface. The prospective combination of Ohmic graphene/MoS2 heterostructure and the high electrocatalytic edge activity of sulphur delivers an incredibly and small turn-on potential of 0.14 V vs. RHE in the acid electrolyte solution. Most importantly, the use of a vertical vdW device architecture exhibits nearly 8× improvement in HER than that of its layered counterpart. Moreover, the HER reaction is highly stable over 50 hours of continuous operation even after 150 days. The combined analysis of our study makes it certain that the graphene/MoS2 heterostructure will be an efficient alternative electrode for low-cost and large-scale electrochemical applications.

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