Design of MoS2/Graphene van der Waals Heterostructure as Highly Efficient and Stable Electrocatalyst for Hydrogen Evolution in Acidic and Alkaline Media

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作者
Xianbo Yu,Guangyu Zhao,Shan Gong,Chao Liu,Canlong Wu,Pengbo Lyu,Guillaume Maurin,Naiqing Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (22): 24777-24785 被引量:92
标识
DOI:10.1021/acsami.0c04838
摘要

The thermodynamically stable phase of molybdenum disulfide (MoS 2 ) is evaluated as a promising and durable nonprecious-metal electrocatalyst toward the hydrogen evolution reaction (HER); however, its actual catalytic activity is restricted by an inert basal plane, low electronic conductivity, low density, and using efficiency of edged atoms. Moreover, 2D/2D van der Waals (vdws) heterostructures (HSs) with face-to-face contact can construct a highly coupled interface and are demonstrated to have immense potential for catalytic applications. In the present work, a 2D/2D hetero-layered architecture of an electrocatalyst, based on the alternate arrangement of ultrasmall monolayer MoS 2 nanosheets (approximately 5–10 nm) and ultrathin graphene (G) sheets, is prepared by a facilely chemical process, which is named as MoS 2 /G HS. The unique structural characteristic of MoS 2 /G HS is in favor of accommodating more active sites as the centers of ad/desorption hydrogen and transferring and separating the charges at a coupled interface to improve the electronic conductivity and durability. The density functional theory calculation results further confirm that the alternately arranged G layers and MoS 2 monolayers, as well as the expanded interplanar distance of 1.104 nm for MoS 2 /G HS, can exhibit a superior HER performance in both 0.5 M H 2 SO 4 and 1.0 M KOH.

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