Highly efficient electrocatalyst of single metal atom doped 2D WS2 for ORR and OER

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作者
Linhao Ma,Ming Zhang,Kai Peng,Yuqing Liu,Junjie Zhao,Ru-Zhi Wang
出处
期刊:Research Square - Research Square
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-3455092/v1
摘要

Abstract To search for efficient electrocatalyst towards ORR and OER for sustainable energy conversion, storage, and utilization, a family of single transition-metal atom (Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn) doped two-dimensional tungsten disulfide monolayers have been systematically investigated by using first-principle computations to uncover the impact of transition-metal dopants on ORR and OER electrocatalytic activities. It is demonstrated that single-metal-atom sites can bind to the surface of 2D WS 2 , enhancing the adsorption of intermediates involved in the OER/ORR and decreasing overpotentials effectively. Compared to the pristine 2D WS 2 , most of transition-metal doped catalysts can decrease overpotentials and promote OER and ORR activities effectively. Particularly, Ni@WS 2 and Zn@WS 2 are screened out to exhibit the best electrocatalytic activity among all systems with an overpotential of 0.33 and 0.47 V for OER process, respectively, showing that Ni@WS 2 and Zn@WS 2 are potential candidates for OER electrocatalysts. Furthermore, their electrocatalytic performance are explained in terms of volcano plot, scaling diagram, d -band center model, and charge analysis.
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