Adatom Doping of Transition Metals in ReSe2 Nanosheets for Enhanced Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction

塔菲尔方程 兴奋剂 材料科学 催化作用 过渡金属 氢 无机化学 纳米技术 物理化学 化学 电极 电化学 光电子学 生物化学 有机化学
作者
Ik Seon Kwon,In Hye Kwak,Suyeon Ju,Sungwoo Kang,Seungwu Han,Yun Chang Park,Jucheol Park,Jeunghee Park,Jeunghee Park,Jeunghee Park
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (9): 12184-12194 被引量:103
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c05874
摘要

Two-dimensional Re dichalcogenide nanostructures are promising electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER). Herein, we report the adatom doping of various transition metals (TM = Mn, Fe, Co, Ni, and Cu) in ReSe2 nanosheets synthesized using a solvothermal reaction. As the atomic number of TM increases from Mn to Cu, the adatoms on Re sites become more favored over the substitution. In the case of Ni, the fraction of adatoms reaches 90%. Ni doping resulted in the most effective enhancement in the HER catalytic performance, which was characterized by overpotentials of 82 and 109 mV at 10 mA cm-2 in 0.5 M H2SO4 and 1 M KOH, respectively, and the Tafel slopes of 54 and 81 mV dec-1. First-principles calculations predicted that the adatom doping structures (TMs on Re sites) have higher catalytic activity compared with the substitution ones. The adsorbed H atoms formed a midgap hybridized state via direct bonding with the orbitals of TM adatom. The present work provides a deeper understanding into how TM doping can provide the catalytically active sites in these ReSe2 nanosheets.
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