Activating and optimizing MoS2 basal planes for hydrogen evolution through the formation of strained sulphur vacancies

催化作用 基面 单层 空位缺陷 二硫化钼 材料科学 硫黄 吸附 费米能级 惰性 化学 化学物理 纳米技术 结晶学 化学工程 物理化学 冶金 物理 有机化学 电子 工程类 量子力学
作者
Hong Li,Charlie Tsai,Ai Leen Koh,Lili Cai,Alex W. Contryman,Alex H. Fragapane,Jiheng Zhao,Hyun Soo Han,Hari C. Manoharan,Frank Abild‐Pedersen,Jens K. Nørskov,Xiaolin Zheng
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 48-53 被引量:2488
标识
DOI:10.1038/nmat4465
摘要

As a promising non-precious catalyst for the hydrogen evolution reaction (HER; refs ,,,,), molybdenum disulphide (MoS2) is known to contain active edge sites and an inert basal plane. Activating the MoS2 basal plane could further enhance its HER activity but is not often a strategy for doing so. Herein, we report the first activation and optimization of the basal plane of monolayer 2H-MoS2 for HER by introducing sulphur (S) vacancies and strain. Our theoretical and experimental results show that the S-vacancies are new catalytic sites in the basal plane, where gap states around the Fermi level allow hydrogen to bind directly to exposed Mo atoms. The hydrogen adsorption free energy (ΔGH) can be further manipulated by straining the surface with S-vacancies, which fine-tunes the catalytic activity. Proper combinations of S-vacancy and strain yield the optimal ΔGH = 0 eV, which allows us to achieve the highest intrinsic HER activity among molybdenum-sulphide-based catalysts.
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