Potential and support-dependent hydrogen evolution reaction activation energies on sulfur vacancies of MoS2 from GC-DFT

化学 塔菲尔方程 催化作用 活化能 密度泛函理论 硫黄 电化学 吸附 热力学 反应速率常数 化学物理 物理化学 计算化学 动力学 电极 物理 有机化学 量子力学
作者
Nawras Abidi,Audrey Bonduelle‐Skrzypczak,Stephan N. Steinmann
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier]
卷期号:48 (23): 8478-8488 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.11.273
摘要

We present a detailed mechanistic study of HER at the sulfur vacancy VS of 2H–MoS2. We evaluate the Volmer, Tafel, and Heyrovsky transition states for the different possible reaction steps, determining the activation energy as a function of the electrochemical potential via grand-canonical density functional theory. The results show that the Volmer and Heyrovsky steps depend on the electrochemical potential and the activation energies decrease for more negative potentials, while this is not the case for the Tafel step, for which the activation energy is constant. From the activation energies at −0.2 V vs SHE, it can be concluded that during HER on VS a first hydrogen atom is adsorbed as a spectator via a Volmer step. Then, the catalytic cycle consists of a Volmer and a Heyrovsky step, with the latter being rate determining. In addition, we investigate for the first time the effect of a conductive support on the HER activity of these sulfur vacancies. Our results show that copper, gold and graphite supports have little effects on the activation energies of all steps. Hence, we conclude that cheap, acid-stable, high-surface area carbon supports are well suited for MoS2-based HER catalysts.
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