Dual-phase MoS2/MXene/CNT ternary nanohybrids for efficient electrocatalytic hydrogen evolution

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作者
Sichen Wei,Yu Fu,Maomao Liu,Hongyan Yue,Sehwan Park,Young Hee Lee,Huamin Li,Fei Yao
出处
期刊:npj 2D materials and applications [Nature Portfolio]
卷期号:6 (1) 被引量:54
标识
DOI:10.1038/s41699-022-00300-0
摘要

Abstract Two-dimensional (2D) molybdenum disulfide (MoS 2 ) has been recognized as a potential substitution of platinum (Pt) for electrochemical hydrogen evolution reaction (HER). However, the broad adoption of MoS 2 is hindered by its limited number of active sites and low inherent electrical conductivity. In this work, we employed a one-step solvothermal synthesis technique to construct a ternary hybrid structure consisting of dual-phase MoS 2, titanium carbide (Ti 3 C 2 ) MXene, and carbon nanotubes (CNTs), and demonstrated synergistic effects for active site exposure, surface area enlargement, and electrical conductivity improvement of the catalyst. The dual-phase MoS 2 (DP-MoS 2 ) is directly formed on the MXene with CNTs acting as crosslinks between 2D islands. The existence of edge-enriched metallic phase MoS 2 , the conductive backbone of MXene along with the crosslink function of CNTs clearly improves the overall HER performance of the ternary nanocomposite. Moreover, the integration of MoS 2 with MXene not only increases the interlayer distance of the 2D layers but also partially suppresses the MXene oxidation and the 2D layer restacking, leading to good catalytic stability. As a result, an overpotential of 169 mV and a low Tafel slope of 51 mV/dec was successfully achieved. This work paves a way for 2D-based electrocatalyst engineering and sheds light on the development of the next-generation noble metal-free HER electrocatalysts.
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