Charge Mediated Semiconducting-to-Metallic Phase Transition in Molybdenum Disulfide Monolayer and Hydrogen Evolution Reaction in New 1T′ Phase

二硫化钼 单层 相变 相(物质) 材料科学 化学物理 过渡金属 密度泛函理论 氢 催化作用 化学 计算化学 热力学 纳米技术 有机化学 冶金 物理
作者
Guoping Gao,Yan Jiao,Fengxian Ma,Yalong Jiao,Eric Rolfe Waclawik,Aijun Du
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:119 (23): 13124-13128 被引量:362
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.5b04658
摘要

The phase transition of single layer molybdenum disulfide (MoS 2 ) from semiconducting 2H to metallic 1T and then to 1T′ phases, and the effect of the phase transition on hydrogen evolution reaction (HER) are investigated within this work by density functional theory. Experimentally, 2H-MoS 2 has been widely used as an excellent electrode for HER and can get charged easily. Here we find that the negative charge has a significant impact on the structural phase transition in a MoS 2 monolayer. The thermodynamic stability of 1T-MoS 2 increases with the negative charge state, comparing with the 2H-MoS 2 structure before phase transition and the kinetic energy barrier for a phase transition from 2H to 1T decreases from 1.59 to 0.27 eV when 4e – are injected per MoS 2 unit. Additionally, 1T phase is found to transform into the distorted structure (1T′ phase) spontaneously. On their activity toward hydrogen evolution reaction, 1T′-MoS 2 structure shows comparable hydrogen evolution reaction activity to the 2H-MoS 2 structure. If the charge transfer kinetics is taken into account, the catalytic activity of 1T′-MoS 2 is superior to that of 2H-MoS 2 . Our finding provides a possible novel method for phase transition of MoS 2 and enriches understanding of the catalytic properties of MoS 2 for HER.
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