All The Catalytic Active Sites of MoS2 for Hydrogen Evolution

催化作用 硫黄 化学 活动站点 空位缺陷 塔菲尔方程 晶界 化学物理 GSM演进的增强数据速率 结晶学 物理化学 有机化学 微观结构 电信 电化学 计算机科学 电极
作者
Guoqing Li,Du Zhang,Qiao Qiao,Yifei Yu,David Peterson,Abdullah Zafar,R. Kumar,Stefano Curtarolo,Frank Hunte,Steven Shannon,Yimei Zhu,Weitao Yang,Linyou Cao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:138 (51): 16632-16638 被引量:794
标识
DOI:10.1021/jacs.6b05940
摘要

MoS2 presents a promising low-cost catalyst for the hydrogen evolution reaction (HER), but the understanding about its active sites has remained limited. Here we present an unambiguous study of the catalytic activities of all possible reaction sites of MoS2, including edge sites, sulfur vacancies, and grain boundaries. We demonstrate that, in addition to the well-known catalytically active edge sites, sulfur vacancies provide another major active site for the HER, while the catalytic activity of grain boundaries is much weaker. The intrinsic turnover frequencies (Tafel slopes) of the edge sites, sulfur vacancies, and grain boundaries are estimated to be 7.5 s-1 (65-75 mV/dec), 3.2 s-1 (65-85 mV/dec), and 0.1 s-1 (120-160 mV/dec), respectively. We also demonstrate that the catalytic activity of sulfur vacancies strongly depends on the density of the vacancies and the local crystalline structure in proximity to the vacancies. Unlike edge sites, whose catalytic activity linearly depends on the length, sulfur vacancies show optimal catalytic activities when the vacancy density is in the range of 7-10%, and the number of sulfur vacancies in high crystalline quality MoS2 is higher than that in low crystalline quality MoS2, which may be related with the proximity of different local crystalline structures to the vacancies.
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