Boosting hydrogen evolution on MoS2 via co-confining selenium in surface and cobalt in inner layer

过电位 杂原子 催化作用 材料科学 电化学 化学工程 纳米技术 氧化钴 兴奋剂 电流密度 吸附 化学 光电子学 电极 物理化学 冶金 有机化学 工程类 物理 量子力学 戒指(化学)
作者
Zhilong Zheng,Liang Yu,Meng Gao,Xiya Chen,Wu Zhou,Chao Ma,Liang Wu,Junfa Zhu,Xiangyu Meng,Jingting Hu,Yunchuan Tu,Si-Si Wu,Chaozhi Ma,Zhong‐Qun Tian,Dehui Deng
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:11 (1) 被引量:277
标识
DOI:10.1038/s41467-020-17199-0
摘要

Abstract The lack of highly efficient, inexpensive catalysts severely hinders large-scale application of electrochemical hydrogen evolution reaction (HER) for producing hydrogen. MoS 2 as a low-cost candidate suffers from low catalytic performance. Herein, taking advantage of its tri-layer structure, we report a MoS 2 nanofoam catalyst co-confining selenium in surface and cobalt in inner layer, exhibiting an ultra-high large-current-density HER activity surpassing all previously reported heteroatom-doped MoS 2 . At a large current density of 1000 mA cm −2 , a much lower overpotential of 382 mV than that of 671 mV over commercial Pt/C catalyst is achieved and stably maintained for 360 hours without decay. First-principles calculations demonstrate that inner layer-confined cobalt atoms stimulate neighbouring sulfur atoms while surface-confined selenium atoms stabilize the structure, which cooperatively enable the massive generation of both in-plane and edge active sites with optimized hydrogen adsorption activity. This strategy provides a viable route for developing MoS 2 -based catalysts for industrial HER applications.
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