Isolated Pt atoms tethered to N-doped MoSx as highly efficient and sustainable hydrogen evolution reaction electrocatalyst

电催化剂 过电位 掺杂剂 催化作用 无机化学 磷化物 密度泛函理论 材料科学 化学 结晶学 兴奋剂 物理化学 计算化学 有机化学 电化学 电极 光电子学
作者
Ting-Wei Lee,Ying-Chen Lo,Chia‐Hua Wu,Cheng-Yuan Ho,Bryan G. Alamani,Jeng-Lung Chen,Chiaying Chen
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:614: 156049-156049 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2022.156049
摘要

In this work, synergistic NH4+ intercalation and nitrogen-containing molecule doping realize a crystalline-to-amorphous (i.e., MoSx) structure transition with enhanced HER reactivity and superior stability obtained via structural distortion and abundant active sites. The applied N dopants partially replace the bridging S22− and form Mo-N bonds, where the alkyl N-dopant tetramethylammonium chloride (TEA) achieves the most effective doping. The HER activity increases with an increasing number of bridging S22− and MoⅤ species, both of which contribute to advance electrocatalytic performance. Furthermore, N-doped MoSx is identified as an exceptional stabilizing platform to anchor single Pt atoms (PtSA) through Pt-S bonding, rendering MoSx/TEA/PtSA a highly promising electrocatalyst. MoSx/TEA/PtSA achieved comparable performance to that of the benchmark Pt/C catalyst (i.e., a cathodic current density of 10 mA·cm−2 at overpotential of 97 mV) with much lower loading of Pt (0.67 wt%). Theoretical calculations based on density functional theory indicate that Pt atoms and Pt-adjacent sulfur atoms act as active sites. The superior interfacial electron transfer and thus HER performance of MoSx/TEA/PtSA arises from (1) boosted electronic metal-support interaction through Pt-S bonds and (2) enhanced H adsorption ability of Pt-adjacent sulfur atoms due to Pt coordination.
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