Coordination polymer structure and revisited hydrogen evolution catalytic mechanism for amorphous molybdenum sulfide

二硫化钼 催化作用 材料科学 聚合物 电催化剂 硫化物 无定形固体 无机化学 化学 有机化学 电化学 物理化学 电极 冶金
作者
Phong D. Tran,Thu Van Tran,Maylis Orio,Stéphane Torelli,Quang Duc Truong,Keiichiro Nayuki,Yoshikazu Sasaki,Sing Yang Chiam,Yi Ren,Itaru Honma,James Barber,Vincent Artero
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:15 (6): 640-646 被引量:585
标识
DOI:10.1038/nmat4588
摘要

Molybdenum sulfides are very attractive noble-metal-free electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER) from water. The atomic structure and identity of the catalytically active sites have been well established for crystalline molybdenum disulfide (c-MoS2) but not for amorphous molybdenum sulfide (a-MoSx), which exhibits significantly higher HER activity compared to its crystalline counterpart. Here we show that HER-active a-MoSx, prepared either as nanoparticles or as films, is a molecular-based coordination polymer consisting of discrete [Mo3S13]2− building blocks. Of the three terminal disulfide (S22−) ligands within these clusters, two are shared to form the polymer chain. The third one remains free and generates molybdenum hydride moieties as the active site under H2 evolution conditions. Such a molecular structure therefore provides a basis for revisiting the mechanism of a-MoSx catalytic activity, as well as explaining some of its special properties such as reductive activation and corrosion. Our findings open up new avenues for the rational optimization of this HER electrocatalyst as an alternative to platinum. Molybdenum sulfides are attractive electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction. The polymeric structure of amorphous molybdenum sulfide can now be formulated as a coordination polymer based on [Mo3S132−] clusters sharing disulfide ligands.
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