Improving the catalytic activity of two-dimensional Mo2C for hydrogen evolution reaction by doping and vacancy defects

空位缺陷 兴奋剂 催化作用 材料科学 物理化学 化学工程 化学 结晶学 有机化学 光电子学 工程类
作者
Xinyue Cao,Huizhong Bai,Wenting Wu,Hongwei Bao,Yan Li
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:47 (91): 38517-38523 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.09.046
摘要

Molybdenum carbide (Mo 2 C) has high catalytic activities toward electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER) owing to its high surface activity and electrochemical properties. However, the defects modification of Mo 2 C, which plays an important role in the HER activity, is relatively scarce in the theoretical research. Herein, in this work, based on first-principles calculations, we screen the influences of vacancies, nonmetal doping (X C/T , X = N, O, F, P and S) and metal substitutional doping (Y Mo , Y = Re and W) on HER of two-dimensional Mo 2 C. The results reveal that vacancies of Mo 6 C (0.02 eV) and Mo 3 C (0.22 eV), substitutional dopants of O C , S C , Re Mo (−0.33∼0.08 eV) and adsorptive dopants of N T , F T , P T , S T (−0.26∼0.14 eV) show enhanced catalytic activity with the absolute value of hydrogen adsorption free energy ( Δ G H ∗ ) smaller than 0.33 eV. A negative linear relationship is observed between Δ G H ∗ and d band center of transition metals in vacancies and metal dopants, but not in the configurations with nonmetal doping. The results provide more insight and guidance for the design of Mo 2 C electrocatalyst. • Nonmetal doping is formed more easily than metal substitution and vacancies in Mo 2 C. • The HER activity of Mo 2 C is signally improved by vacancies, substitutional and adsorptive dopants. • The catalytic behavior of Mo 2 C with vacancy defects and metal dopants is regulated by d band center.
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