Improved electrocatalytic hydrogen evolution characteristics in Mn-doped MoS2 nanosheets grown under a non-equilibrium condition

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作者
Naznin Shaikh,Indrajit Mukhopadhyay,Abhijit Ray
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier BV]
卷期号:48 (42): 15944-15955 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2023.01.098
摘要

Two-dimensional (2D) monolayer pristine MoS2 transition metal dichalcogenide (TMDC) is the most investigated material due to its potential applications as a non-precious electrocatalyst for the hydrogen evolution reaction (HER). However, the active edge sites created by sulfur non-stoichiometry and a defect-engineering by selective doping play a vital role in activating inert basal planes and enhancing the HER activity. Herein we report the synthesis of highly disordered Mn-doped 2D-MoS2 nanospheres by a simple hydrothermal route under a non-equilibrium growth condition. Excess sulfur content in the precursor and electron-rich atmosphere created by Mn-doping results in an increased domain-based defects in the lattice that enhances the number of exposed edge sites, and also exposing more catalytically active high-index planes. Thereby improving its physicochemical properties. The developed electrode shows a low overpotential of 186 mV at a current density of 10 mA/cm2 and a low Tafel slope of 79.9mV/dec in acidic electrolytes. In addition, Density Functional Theory based calculation shows that Mn-doping in non-stoichiometric MoS2 enhances the electronic properties and its role in facilitating hydrogen adsorption and desorption processes with free energy close to that of benchmark Pt is established.
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