Multi-dimensional MoS2/S-doped-CoP heterostructure nanoarrays as an efficient electrocatalyst for hydrogen evolution reaction

电催化剂 材料科学 异质结 催化作用 密度泛函理论 纳米技术 硫化 化学工程 光电子学 物理化学 计算化学 电化学 化学 电极 工程类 生物化学 硫黄 冶金
作者
Xiang Li,Lu Wang,Ruiying Li,Ming Ke,Ying Zhou,Jian Liu
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:50 (11): 18519-18527 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2024.02.336
摘要

Developing efficient and economical electrocatalysts for hydrogen evolution reaction (HER) over a broad pH range has received considerable attention. In this work, we prepared multi-dimensional MoS2/S-CoP heterojunction catalysts by utilizing the carbon clothes supported ZIF-67 array as templates combining with Mo-ion exchange and high-temperature phosphorization-sulfidation strategy. The introduction of MoS2 into S-CoP results in electron redistribution and the formation of a distinctive space charge region at the two-phase contact interface, thereby effectively tuning surface properties, enhancing electron conductivity, and improving electrocatalytic activity. According to Density Functional Theory (DFT) calculations, the introduction of MoS2 is advantageous for the adsorption and desorption of H*, resulting in the value of ΔGad (H*) very close to zero. Furthermore, the adsorbed water molecules are more readily activated, rendering the ΔG(H2O-dis*) decrease, thus significantly promoting HER activity. These features contribute to robust HER electrocatalytic performance in a wide pH range and even in seawater, which is also beneficial for industrial applications. In particular, MoS2/S-CoP exhibits superior HER performance in alkaline seawater, requiring only 197 and 228 mV to reach the current densities of 100 and 200 mA cm-2, respectively. This study offers novel perspectives on high-performance heterostructures for HER electrocatalysts in alkaline seawater environments.
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