Robust Cu2O/CuS Heterostructured Cu40 Nanoclusters for Electrocatalytic Hydrogen Evolution

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作者
Huifang Guo,Ying Liu,Yuping Chen,Lin Wang,Qinghua Xu,Xuekun Gong,Xiaoxuan Xu,Jian Hou,Qing Tang,Hui Shen
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (19): 8934-8942 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsaem.4c01999
摘要

Metal oxide/metal chalcogenide heterostructure materials have garnered intensive attention in both fundamental research and practical applications, particularly in the field of catalysis. For example, the Cu2O/CuS heterostructures have found wide applications in electrocatalysis and photoelectrocatalysis. Despite their wide-ranging applications, the atomic-level insight into the interfacial structures of Cu2O/CuS heterostructure materials and the effect of such interface on catalysis has remained a longstanding challenge. Herein, we present a comprehensive illustration of Cu2O/CuS heterostructures through the complete structural determination of an atomically precise copper nanocluster, Cu40O8(tBuS)24 (tBuSH is 2-methyl-2-propanethiol) whose structure describes the stabilization of Cu4O tetrahedra by −S–Cu–S– units. Notably, the cluster has been prepared in one pot under ambient conditions and exhibits exceptional stability when subjected to heat and highly concentrated acid (1 M HCl) or base (1 M KOH), respectively. Importantly, the cluster exhibits outstanding activity in the electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER), surpassing the performance of most reported copper nanoclusters with an overpotential of 90 mV at 10 mA/cm2. Both the experimental and theoretical investigations suggest that the heterostructures of the cluster play a pivotal role in enhancing its electrocatalytic HER activity. This work not only provides crucial insights into the long-pursued interfacial structures of Cu2O/CuS heterostructure materials but also paves the way for the fabrication of atomically precise metal nanoclusters featuring metal oxide/metal chalcogenide heterostructures.
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