Hierarchical Electrodes of MoS 2 Nanoflakes Wrapped on CNTs in Wood-Derived Porous Carbon Frameworks for a High-Performance Hydrogen Evolution Reaction

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作者
Danyang Li,Qiaomei Luo,Hongqiang Xin,Chen Wang,Yiwei Zhao,Huizhong Bai,Fei Ma
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (14): 5462-5472 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c06950
摘要

Controllable fabrication of high-performance and inexpensive heterogeneous catalysts is crucial for the electrochemical hydrogen evolution reaction (HER) and renewable energy. Wood-derived electrodes provide new opportunities. Herein, N-doped carbon nanotubes (CNTs) encapsulating metal particles are in situ generated on graphitized wood (GW)-derived porous carbon frameworks and molybdenum disulfide (MoS2) nanoflakes are dispersively anchored on CNTs, resulting in hierarchical structures as a hybrid electrode (M/CNT@MoS2@GW, M = Fe, Co, and Ni). The wood matrix hybrid electrodes with abundant microchannels and hierarchical pores could supply electrolytes for continuous reaction and boost gas diffusion. Consequently, the hybrid electrocatalyst Fe/Fe3C/CNT@MoS2@GW exhibits superior HER activity with an overpotential as low as 66.79 mV at 10 mA cm–2 in an alkaline solution. The activity of the hybrid structure is reduced only by 10.18% at 20 mA cm–2 after 48 h electrolysis, with nearly no decay after 5000 cyclic voltammetry (CV) cycles, suggesting good stability and durability. Density functional theory calculations illustrate that a thermodynamically favorable hydrogen adsorption free energy (ΔGH* ≈ 0.07 eV) promotes the catalytic reactions. The results hold great potential in the exploration of wood-derived catalysts for high-performance HER.
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