TiS2 Monolayer as an Emerging Ultrathin Bifunctional Catalyst: Influence of Defects and Functionalization

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作者
Tisita Das,Sudip Chakraborty,Rajeev Ahuja,G. P. Das
出处
期刊:ChemPhysChem [Wiley]
卷期号:20 (4): 608-617 被引量:35
标识
DOI:10.1002/cphc.201801031
摘要

Abstract We have envisaged the hydrogen evolution and oxygen evolution reactions (HER and OER) on a two‐dimensional (2D) noble‐metal‐free titanium disulfide (TiS 2 ) monolayer, which belongs to the exciting family of transition metal dichalcogenides (TMDCs). Our theoretical investigation to probe the HER and OER on both the H and T phases of 2D TiS 2 is based on electronic‐structure calculations witihin the framework of density functional theory (DFT). Since TiS 2 is the lightest compound among the group‐IV TMDCs, it is worth exploring the catalytic activity of a TiS 2 monolayer through the functionalization at the anion (S) site, substituting with P, N, and C dopants as well as by incorporating single sulfur vacancy defects. We have investigated the effect of functionalization and vacancy defects on the structural, electronic, and optical response of a TiS 2 monolayer by determining the density of states, work‐function, and optical absorption spectra. We have determined the HER and OER activities for the functionalized and defective TiS 2 monolayers based on the reaction coordinate, which can be constructed from the adsorption free energies of the intermediates (H*, O*, OH* and OOH*, where * denotes the adosrbed state) in the HER and OER mechanisms. Finally, we have shown that TiS 2 monolayers are emerging as a promising material for the HER and OER mechanisms under the influence of functionalization and defects.
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