WSe2–VSe2 Alloyed Nanosheets to Enhance the Catalytic Performance of Hydrogen Evolution Reaction

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作者
Ik Seon Kwon,In Hye Kwak,Getasew Mulualem Zewdie,Seung Jae Lee,Ju Yeon Kim,Seung Jo Yoo,Jin-Gyu Kim,Jeunghee Park,Hong Seok Kang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:16 (8): 12569-12579 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acsnano.2c04113
摘要

Tuning the electronic structures of transition metal dichalcogenides (TMD) is essential for their implementation in next-generation energy technologies. In this study, we synthesized composition-tuned WSe2-VSe2 (W1-xVxSe2, x = 0-1) alloyed nanosheets using a colloidal reaction. Alloying the semiconducting WSe2 with VSe2 converts the material into a metallic one, followed by a 2H-to-1T phase transition at x = 0.7. Over a wide composition range, WSe2 and VSe2 are atomically immiscible and form separate ordered domains. The miscible alloy at x = 0.1 displayed enhanced electrocatalytic activity toward the hydrogen evolution reaction (HER) in an acidic electrolyte. This trend was correlated with the d-band center via a volcano-type relationship. Spin-polarized density functional theory calculations consistently predicted the atomic immiscibility, which became more significant at the 2H-1T phase transition composition. The Gibbs free energy of H adsorption on the basal planes (Se or hole sites) and the activation barriers along the Volmer-Heyrovsky reaction pathway supported the enhanced HER performance of the alloy phase, suggesting that the dispersed V-doped structures were responsible for the best HER catalytic activity. Our study demonstrates how the atomic structure of TMD alloy nanosheets plays a crucial role in enhancing catalytic activity.

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