Lanthanide-doped MoS2 with enhanced oxygen reduction activity and biperiodic chemical trends

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作者
Yu Hao,Liping Wang,Liang‐Feng Huang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:28
标识
DOI:10.1038/s41467-023-39100-5
摘要

Abstract Molybdenum disulfide has broad applications in catalysis, optoelectronics, and solid lubrication, where lanthanide (Ln) doping can be used to tune its physicochemical properties. The reduction of oxygen is an electrochemical process important in determining fuel cell efficiency, or a possible environmental-degradation mechanism for nanodevices and coatings consisting of Ln-doped MoS 2 . Here, by combining density-functional theory calculations and current-potential polarization curve simulations, we show that the dopant-induced high oxygen reduction activity at Ln-MoS 2 /water interfaces scales as a biperiodic function of Ln type. A defect-state pairing mechanism, which selectively stabilizes the hydroxyl and hydroperoxyl adsorbates on Ln-MoS 2 , is proposed for the activity enhancement, and the biperiodic chemical trend in activity is found originating from the similar trends in intraatomic 4 f –5 d 6 s orbital hybridization and interatomic Ln–S bonding. A generic orbital-chemistry mechanism is described for explaining the simultaneous biperiodic trends observed in many electronic, thermodynamic, and kinetic properties.
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