Activating Basal Planes and S‐Terminated Edges of MoS2 toward More Efficient Hydrogen Evolution

材料科学 兴奋剂 惰性 催化作用 二硫化钼 塔菲尔方程 电解质 铂金 化学工程 纳米技术 光电子学 电极 电化学 物理化学 有机化学 化学 工程类 冶金
作者
Xiaolei Huang,Mei Leng,Wen Xiao,Meng Li,Jun Ding,Teck Leong Tan,Wee Siang Vincent Lee,Junmin Xue
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:27 (6) 被引量:147
标识
DOI:10.1002/adfm.201604943
摘要

Molybdenum disulfide (MoS 2 ) has been considered as a promising alternative to platinum (Pt)‐based catalyst for hydrogen evolution reaction (HER) due to its low cost and high catalytic activity. However, stable 2H phase of MoS 2 (2H‐MoS 2 ) exhibits low catalytic activity in HER due to the inert basal plane and S‐edge. Thus, to exploit the basal plane and S‐edge for additional electrocatalytic activity, a facile strategy is developed to prepare P‐doped 2H‐MoS 2 film on conductive substrate via low‐temperature heat treatment. Due to the inherent difficulty of P‐doping into MoS 2 crystal structure, oxygen (O)‐doping is utilized to aid the P‐doping process, as supported by the first‐principles calculations. Interestingly, P‐doping could dramatically reduce Mo valence charge, which results in the functionalization of the inert MoS 2 basal plane and S‐edge. In agreement with simulation results, P‐doped 2H‐MoS 2 electrode exhibits enhanced catalytic performance in H 2 generation with low onset potential (130 mV) and small Tafel slope of 49 mV dec −1 . The enhanced catalytic performance arises from the synergistic effect of the activated basal plane, S‐edge, and Mo‐edge sites, leading to favorable hydrogen adsorption energies. Most importantly, improved cyclic stability is achieved, which reveals chemically inert properties of P‐doped 2H‐MoS 2 in acidic electrolyte.
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