Pentagonal PdX2 (X = S, Se) nanosheets with X vacancies as high-performance electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction

塔菲尔方程 掺杂剂 材料科学 密度泛函理论 过渡金属 化学物理 催化作用 结晶学 纳米技术 化学 计算化学 物理化学 兴奋剂 光电子学 电化学 有机化学 生物化学 电极
作者
Shulin Xu,Yu Wang,Yafei Li
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:24 (17): 9930-9935 被引量:4
标识
DOI:10.1039/d2cp00393g
摘要

Two-dimensional transition metal dichalcogenides (TMDs) have emerged as promising catalysts for the hydrogen evolution reaction (HER). However, they typically require the engineering of additional actives sites (e.g. vacancies and dopants) and/or the application of large external strains to launch the HER on their basal planes. Herein, we investigate the HER proceeding on the experimentally available single-layer PdX2 (X = S, Se), a novel group of pentagonal TMDs with high amounts of intrinsic X vacancies, through density functional theory computations. Our results indicate that single-layer PdX2 nanosheets with low concentrations of X vacancies exhibit favorable hydrogen adsorption free energy (ΔGH*) values, which is desirable for facilitating the HER. Their HER performance can be greatly enhanced using small external strains, during which ΔGH* can reach the optimal value of 0 eV. Moreover, a kinetic analysis based on the explicit water model and charge extrapolation scheme demonstrates that the HER occurs on the PdX2 nanosheets according to the Volmer-Tafel mechanism with low energy barriers. This work highlights the realization of high HER activity on TMDs featuring unique structural characteristics.
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