Copper phosphosulfides as a highly active and stable photocatalyst for hydrogen evolution reaction

光催化 吉布斯自由能 磷化物 硫化物 过渡金属 化学 硫化铜 制氢 催化作用 材料科学 纳米技术 化学工程 无机化学 冶金 热力学 工程类 有机化学 物理
作者
Xiandi Zhang,Kyung‐Ah Min,Weiran Zheng,Jeemin Hwang,Byungchan Han,Lawrence Yoon Suk Lee
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:273: 118927-118927 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2020.118927
摘要

Transition-metal phosphosulfides (TMPSs) have recently shown outstanding electrocatalytic performances toward hydrogen evolution reaction (HER), superior to the sulfide and phosphide counterparts. However, there are only limited TMPSs available due to the synthetic challenge. Herein, we demonstrate a novel synthetic approach for copper phosphosulfide (CuPS) and the first application in photocatalytic HER. Based on the thermodynamic considerations of starting materials, two synthetic routes are designed to obtain two distinct crystal structures (CuS|P and Cu3P|S). Dramatically enhanced photocatalytic HER activities are achieved for both Cu3P|S (2,085 μmol g-1 h-1) and CuS|P (976 μmol g-1 h-1) without using co-catalysts. First-principles calculations unveil the underlying mechanism for the improved HER activity, in which the Gibbs free energy of hydrogen adsorption approaches close to 0 eV and the number of active sites considerably increases with the formation of CuPS structure. This work provides new insight and design principle on preparing TMPSs for high-performance energy conversion applications.
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