Vertically mounting molybdenum disulfide nanosheets on dimolybdenum carbide nanomeshes enables efficient hydrogen evolution

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作者
Tingting Wang,Pengyan Wang,Yajun Pang,Yitian Wu,Jin Yang,Hao Chen,Xiaorui Gao,Shichun Mu,Zongkui Kou
出处
期刊:Nano Research [Springer Nature]
卷期号:15 (5): 3946-3951 被引量:26
标识
DOI:10.1007/s12274-022-4072-5
摘要

Designing hierarchical heterostructure to optimize the adsorption of hydrogen intermediate (H*) is impressive for hydrogen evolution reaction (HER) catalysis. Herein, we show that vertically mounting two-dimensional (2D) layered molybdenum disulfide (MoS2) nanosheets on 2D nonlayered dimolybdenum carbide (Mo2C) nanomeshes to form a hierarchical heterostructure largely accelerates the HER kinetics in acidic electrolyte due to the weakening adsorption strength of H* on 2D Mo2C nanomeshes. Our hierarchical MoS2/Mo2C heterostructure therefore gives a decrease of overpotential for up to 500 mV at −10 mA·cm−2 and an almost 200-fold higher kinetics current density compared with the pristine Mo2C nanomeshes and maintains robust stability with a small drop of overpotential for only 16 mV upon 5,000 cycles. We further rationalize this finding by theoretical calculations and find an optimized adsorption free energy of H*, identifying that the MoS2 featuring strong H* desorption plays a key role in weakening the strong binding of Mo2C with H* and therefore improves the intrinsic HER activity on active C sites of Mo2C. This present finding shines the light on the rational design of heterostructured catalysts with synergistic geometry.
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