High-Performance MoC Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction Enabled by Surface Sulfur Substitution

塔菲尔方程 电催化剂 材料科学 催化作用 吸附 硫黄 密度泛函理论 兴奋剂 无机化学 化学工程 电化学 物理化学 电极 计算化学 冶金 有机化学 化学 光电子学 工程类
作者
Xiangyong Zhang,Tianying Liu,Ting Guo,Zongyun Mu,Xiaobing Hu,Kun He,Xinqi Chen,Vinayak P. Dravid,Zhuangzhi Wu,Dezhi Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (34): 40705-40712 被引量:72
标识
DOI:10.1021/acsami.1c12143
摘要

Molybdenum carbides have been expected to be one of the promising catalysts for the hydrogen evolution reaction (HER) due to their similar d-band electronic structures to the Pt-group metals. However, the weaker hydrogen-adsorption ability of MoC severely hinders its applications. Guided by density functional theory calculations, we put forward a strategy to design the novel MoC-based electrocatalyst with surface reconstruction through sulfur doping. The incorporation of minor sulfur not only greatly increases the number of active sites and intrinsic activity but also optimizes the electronic structure to improve the electron transfer efficiency. As a result, the as-prepared sulfur-substituted MoC tackles the limitation of the Volmer step and exhibits superior HER performance with a small Tafel slope of 48 mV dec-1. Theoretical investigations demonstrate that the terminal sulfur plays a critical role in facilitating a close to zero hydrogen adsorption energy (ΔGH*) and a lower hydrogen release barrier.
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