Defect-rich Fe-doped NiS/MoS2 heterostructured ultrathin nanosheets for efficient overall water splitting

过电位 塔菲尔方程 析氧 分解水 双功能 材料科学 催化作用 化学工程 电化学 兴奋剂 纳米技术 电极 化学 光电子学 物理化学 生物化学 光催化 工程类
作者
Peng Liu,Jiawen Li,Jianyue Yan,Wenbo Song
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:24 (14): 8344-8350 被引量:26
标识
DOI:10.1039/d1cp05721a
摘要

With the demand for efficient hydrogen/oxygen evolution reaction (HER/OER) bifunctional electrocatalysts, defect-rich two-dimensional (2D) heterostructured materials attract increasing attention due to abundant active sites and facile mass/charge transfer. However, precise manipulation of lattice defects in a 2D heterostructured material is still a challenge. Herein, through pyrolytic sulfurization of a layered Fe-doped Ni/Mo MOF precursor, a series of defect-rich Fe-doped NiS/MoS2 ultrathin nanosheets were obtained. For 0.1Fe-NiS/MoS2, abundant lattice defects induced by Fe atoms provide more water adsorption sites, and intimate interface between NiS and MoS2 can optimize the adsorption energy of a HER/OER intermediate. As a result, both HER and OER activities are significantly enhanced. The respective overpotential is 120 mV and 297 mV for the HER and OER. Small Tafel slopes of 69.0 mV dec-1 and 54.7 mV dec-1 indicate favorable electrochemical reaction kinetics. The catalytic performance of this material can be compared with those of 20% Pt/C and RuO2 catalysts and top-rated MoS2-based materials. For overall water splitting, only 1.66 V voltage is required to deliver 10 mA cm-2. Long-term stability of 0.1Fe-NiS/MoS2 presents a prospect for its practical application.
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