Vertically Aligned MoS2/Mo2C hybrid Nanosheets Grown on Carbon Paper for Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution

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作者
Zhenhuan Zhao,Fan Qin,Sashank Kasiraju,Lixin Xie,Md Kamrul Alam,Shuo Chen,Dezhi Wang,Zhifeng Ren,Zhiming Wang,Lars C. Grabow,Jiming Bao
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:7 (10): 7312-7318 被引量:204
标识
DOI:10.1021/acscatal.7b02885
摘要

Maximizing and creating active sites has been a broad strategy to increase the performance of a catalyst. Because of the high electrocatalytic hydrogen evolution reactivity (HER) of ultrafine Mo<sub>2</sub>C nanocrystals and edges of two-dimensional MoS<sub>2</sub>, an electrode with a synergistic integration of these two nanomaterials is expected to show a better HER performance. In this work we report this hybrid nanostructure of vertically aligned MoS<sub>2</sub>/Mo<sub>2</sub>C nanosheets on conductive carbon paper. It was revealed that the original structure of MoS<sub>2</sub> nanosheets remains intact after the carburization, but the surfaces are incorporated with either Mo<sub>2</sub>C nanodomains or a heteroatomic mixture of S and C. The hybrid catalyst exhibits a much lower HER overpotential in comparison to those of the corresponding Mo<sub>2</sub>C and MoS<sub>2</sub> alone. Its high activity is congruent with DFT calculations, which show that multiple S and C coordinated Mo sites with near zero Gibbs free energy of hydrogen adsorption exist. Hence, the low overpotential of this binder-free hybrid catalyst is a result of active sites of Mo–S–C and highly dispersed Mo<sub>2</sub>C nanodomains on the original edges and basal planes of MoS<sub>2</sub>. Our prediction and realization of active HER sites with this hybrid two-dimensional nanostructure opens up a route toward the development of more active HER catalysts.
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