Interface-Engineered 3D porous MoS2–ReS2 in-plane heterojunction as efficient hydrogen evolution reaction electrocatalysts

异质结 接口(物质) 多孔性 材料科学 化学工程 平面(几何) 纳米技术 光电子学 化学 复合材料 工程类 毛细管作用 毛细管数 数学 几何学
作者
Lechen Diao,Pingping Wang,Guozhou Feng,Biao Zhang,Zhichao Miao,Liping Xu,Jin Zhou
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:661: 957-965 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.02.056
摘要

Constructing in-plane heterojunctions with high interfacial density using two-dimensional materials represents a promising yet challenging avenue for enhancing the hydrogen evolution reaction (HER) in water electrolysis. In this work, we report that three-dimensional porous MoS2–ReS2 in-plane heterojunctions, fabricated via chemical vapor deposition, exhibit robust electrocatalytic activity for the water splitting reaction. The optimized MoS2–ReS2 in-plane heterojunction achieves superior HER performance across a wide pH range, requiring an overpotential of only 200 mV to reach a current density of 10 mA cm−2 in alkaline seawater. Thus, it outperforms standalone MoS2 and ReS2. Furthermore, the catalyst exhibits remarkable stability, enduring up to 200 h in alkaline seawater. Experimental results coupled with density functional theory calculations confirm that electron redistribution at the MoS2–ReS2 heterointerface is likely driven by disparities in in-plane work functions between the two phases. This leads to charge accumulation at the interface, thereby enhancing the adsorptive activity of S atoms toward H* intermediates and facilitating the dissociation of water molecules at the interface. This discovery offers valuable insights into the electrocatalytic mechanisms at the interface and provides a roadmap for designing high-performance, earth-abundant HER electrocatalysts suitable for practical applications.
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