Constructing heterostructure of CeO2/WS2 to enhance catalytic activity and stability toward hydrogen generation

异质结 制氢 催化作用 材料科学 氢 化学工程 理论(学习稳定性) 纳米技术 化学 计算机科学 工程类 光电子学 有机化学 机器学习
作者
Hengyi Chen,Minghao Hu,Peng Jing,Baocang Liu,Rui Gao,Jun Zhang
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:521: 230948-230948 被引量:45
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2021.230948
摘要

Transition metal disulfides (TMD) are considered as promising catalysts for hydrogen evolution reaction (HER) due to their unique structural and electronic properties. However, as a representative, the tungsten disulfide (WS 2 ) shows an insufficient HER performance and is still needed to be further improved. Herein, we report the synthesis of CeO 2 -modified WS 2 nanosheets with abundant heterostructures on carbon cloth (CeO 2 /WS 2 /CC) as an efficient self-supported integral electrode for HER. Experimental results and theoretical calculations imply that the intimate electronic interaction between CeO 2 and WS 2 promotes the production of more oxygen vacancies in CeO 2 to regulate the electronic structure of WS 2 , endowing extra active sites, high electron transfer efficiency, and downshifted d-band center of W, which can lead to thermoneutral hydrogen adsorption Gibbs free energies (ΔG H* ) and thus boosts HER. The optimized CeO 2 /WS 2 /CC electrode displays an improved HER performance with an overpotential of 128 mV at 10 mA cm −2 in 0.5 M H 2 SO 4 aqueous solution, 87 mV smaller than that of the WS 2 /CC electrode. Meanwhile, it also could maintain a 20 h of stable HER activity. Our work provides an effective approach to achieve various hybrid catalysts of rare earth compounds-transition metal compounds with highly active sites for superior electrocatalysis. • A monolithic CeO 2 /WS 2 /CC electrode with heterostructure of CeO 2 /WS 2 is fabricated. • The hybrid CeO 2 /WS 2 nanosheets structure is beneficial to exposing more active sites. • The electronic interaction between WS 2 and CeO 2 results in a superior HER activity. • The mechanism of HER over CeO 2 /WS 2 /CC electrode is clarified by DFT calculations.
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