Rationally engineered Co and N co-doped WS2 as bifunctional catalysts for pH-universal hydrogen evolution and oxidative dehydrogenation reactions

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作者
Min Ling,Na Li,Binbin Jiang,Renyong Tu,Tao Wu,Pingli Guan,Yin Ye,Weng‐Chon Cheong,Kaian Sun,Shoujie Liu,Konglin Wu,Aijian Huang,Xianwen Wei
出处
期刊:Nano Research [Springer Nature]
卷期号:15 (3): 1993-2002 被引量:28
标识
DOI:10.1007/s12274-021-3898-6
摘要

In the field of electrolysis of water, the design and synthesis of catalysts over a wide pH range have attracted extensive attentions. In this paper, Co and N are co-introduced into the structural unit of tungsten disulfide (WS2), and the hydrogen evolution reaction (HER) performances of different WS2-based catalysts are theoretically predicted and systematically studied by density functional theory (DFT) calculations. With the guidance of DFT calculations, an evaporation-pyrolysis strategy is applied to prepare Co and N co-doped WS2 (Co,N-WS2) flower-like nanosheets, which exhibits excellent HER performance over a wide pH range. In addition, the DFT calculations show that the active sites in Co,N-WS2 have a good ability of hydrogen adsorption after the introduction of Co and N, suggesting that such a co-doping system will be an ideal catalyst for oxidative dehydrogenation (ODH). The following experiment results indeed evidence that the Co,N-WS2 catalyst displays a high activity in the ODH of 1,2,3,4-tetrahydroquinoline (4H-quinoline) and its derivatives. Therefore, this work provides a good example for the rational design and accurate preparation of functional catalysts, which enables it possible to develop other efficient catalysts with multiple functions.
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