北科大王荣明Nano Energy:强金属载体相互作用,促进Pt-MoS2异质结构电催化析氢!

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氢气作为一种清洁、可再生、高效的能源,是一种很有前景的化石燃料替代品。是电催化析氢反应(HER;2H++2e-→H2)一种环境友好的制氢方法,其中电催化剂在降低过电位以提高效率方面起着关键作用。因此,开发具有更高性能的先进电催化剂对促进清洁能源技术的广泛普及至关重要。

基于此,北京科技大学王荣明团队通过绿色、简便和通用的湿化学方法将Pt NPs沉积在{attr}3221{/attr}S2纳米片表面,制备出具有不同覆盖率的Pt-MoS2异质结构HER催化剂。

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对于Pt-MoS2催化剂,Pt-S键的形成阻止了Pt纳米颗粒的团聚并提高了催化稳定性;Pt的负载显着提高了MoS2的电导率,有利于HER的快速电子转移。

实验结果表明,负载为3.0 wt% Pt的Pt-MoS2异质结构表现出更高的HER活性。具体而言,该催化剂在10 mA cm-2电流密度下的HER过电位为67.4 mV,Tafel斜率为76.2 mV dec-1,远小于纯的MoS2的纳米片和Pt NP。

进一步进行DFT计算以揭示Pt-MoS2催化剂优异的HER性能。结果表明,Pt小平面上的HER活性呈现出Pt{111}<Pt{100}的顺序。更重要的是,由于界面电子转移对反应中间体的吸附和解吸能的调节,界面处的Pt原子对HER更活跃( Pt原子转移到界面,导致d带中心远离费米能级,ΔGH*减小,这对应于氢在Pt上的吸附较弱)。

这项工作为理解EMSI与多相催化剂的 HER 催化性能之间的关系,以及设计具有高HER活性和稳定性的金属载体异质结构提供了深刻的见解。

Interfacial Electronic Structure Modulation of Pt-MoS2 Heterostructure for Enhancing Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106913


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