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Promising 2D/2D MoTe2/Ti3C2Tx Hybrid Materials for Boosted Hydrogen Evolution Reaction
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2021-10-05 , DOI: 10.1021/acsaem.1c02914 Pratik V. Shinde 1 , Pratap Mane 2 , Dattatray J. Late 3 , Brahmananda Chakraborty 4, 5 , Chandra Sekhar Rout 1
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2021-10-05 , DOI: 10.1021/acsaem.1c02914 Pratik V. Shinde 1 , Pratap Mane 2 , Dattatray J. Late 3 , Brahmananda Chakraborty 4, 5 , Chandra Sekhar Rout 1
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Hydrogen as an energy source has been regarded as a clean and efficient energy carrier and as a promising alternative to traditional fossil fuels. Among numerous hydrogen generation systems, water splitting is deemed as the most productive technology to generate clean and high-purity hydrogen. The prominent features-based two-dimensional (2D) materials have proven themselves as efficient as well as robust electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER). Here we designed a remarkably active and durable HER catalyst by integrating semimetallic 1T′ MoTe2 petal clusters on Ti3C2Tx nanosheets by a facile hydrothermal approach. As-prepared MoTe2/Ti3C2Tx hybrids exhibited significantly enhanced electrocatalytic HER performance, generating a cathode current density of 10 mA/cm2 at an overpotential of only 293 mV with a small Tafel slope of 65 mV/dec and satisfactory long-term stability in acidic media. The experimental results are further verified by the first-principles studies presenting the geometrical and electronic properties of MoTe2, Ti3C2Tx, and MoTe2/Ti3C2Tx hybrids. The interaction between the Ti3C2Tx and MoTe2 is due to charge transfer from Ti3C2Tx to MoTe2. Theoretically, we have calculated the overpotential for HER activities. Computed overpotential follows the qualitative trend of MoTe2/Ti3C2Tx < MoTe2 < Ti3C2Tx, which supports the experimental findings. The unique aspects of these unique hybrids, such as semimetallic nature MoTe2 petal clusters and strong interface interaction between MoTe2 and conductive Ti3C2Tx nanosheets, cause superior HER catalytic performance. We believe these outcomes accentuate the promising perspective of MoTe2/Ti3C2Tx hybrids as a capable and nonprecious catalyst and provide an auspicious prospect for the development of 2D materials-based HER electrocatalysts.
中文翻译：
用于促进析氢反应的有前途的 2D/2D MoTe2/Ti3C2Tx 混合材料
氢作为一种能源，被认为是一种清洁高效的能源载体，是传统化石燃料的有前途的替代品。在众多的制氢系统中，水分解被认为是生产清洁和高纯度氢气的最有效技术。基于突出特征的二维 (2D) 材料已被证明是用于析氢反应 (HER) 的高效且稳健的电催化剂。在这里，我们通过简单的水热方法将半金属 1T' MoTe 2花瓣簇集成到 Ti 3 C 2 T x纳米片上，设计了一种非常活跃且耐用的 HER 催化剂。制备的 MoTe 2 /Ti 3 C 2 Tx杂化物显示出显着增强的电催化 HER 性能，在仅 293 mV 的过电位下产生 10 mA/cm 2的阴极电流密度，具有 65 mV/dec 的小塔菲尔斜率，并且在酸性介质中具有令人满意的长期稳定性。通过第一性原理研究进一步验证了实验结果，该研究展示了 MoTe 2、Ti 3 C 2 T x和 MoTe 2 /Ti 3 C 2 T x杂化物的几何和电子特性。Ti 3 C 2 T x与MoTe 2之间的相互作用是由于电荷从 Ti 3 C 2 T x转移到 MoTe 2。理论上，我们已经计算了 HER 活动的过电位。计算出的过电位遵循 MoTe 2 /Ti 3 C 2 T x < MoTe 2 < Ti 3 C 2 T x的定性趋势，这支持了实验结果。这些独特杂化物的独特之处，例如半金属性质的 MoTe 2花瓣簇以及 MoTe 2与导电 Ti 3 C 2 T x之间的强界面相互作用纳米片，导致优异的 HER 催化性能。我们相信这些结果突出了 MoTe 2 /Ti 3 C 2 T x杂化物作为一种有能力的非贵重催化剂的前景，并为基于二维材料的 HER 电催化剂的发展提供了良好的前景。
更新日期：2021-10-25
中文翻译：
用于促进析氢反应的有前途的 2D/2D MoTe2/Ti3C2Tx 混合材料
氢作为一种能源，被认为是一种清洁高效的能源载体，是传统化石燃料的有前途的替代品。在众多的制氢系统中，水分解被认为是生产清洁和高纯度氢气的最有效技术。基于突出特征的二维 (2D) 材料已被证明是用于析氢反应 (HER) 的高效且稳健的电催化剂。在这里，我们通过简单的水热方法将半金属 1T' MoTe 2花瓣簇集成到 Ti 3 C 2 T x纳米片上，设计了一种非常活跃且耐用的 HER 催化剂。制备的 MoTe 2 /Ti 3 C 2 Tx杂化物显示出显着增强的电催化 HER 性能，在仅 293 mV 的过电位下产生 10 mA/cm 2的阴极电流密度，具有 65 mV/dec 的小塔菲尔斜率，并且在酸性介质中具有令人满意的长期稳定性。通过第一性原理研究进一步验证了实验结果，该研究展示了 MoTe 2、Ti 3 C 2 T x和 MoTe 2 /Ti 3 C 2 T x杂化物的几何和电子特性。Ti 3 C 2 T x与MoTe 2之间的相互作用是由于电荷从 Ti 3 C 2 T x转移到 MoTe 2。理论上，我们已经计算了 HER 活动的过电位。计算出的过电位遵循 MoTe 2 /Ti 3 C 2 T x < MoTe 2 < Ti 3 C 2 T x的定性趋势，这支持了实验结果。这些独特杂化物的独特之处，例如半金属性质的 MoTe 2花瓣簇以及 MoTe 2与导电 Ti 3 C 2 T x之间的强界面相互作用纳米片，导致优异的 HER 催化性能。我们相信这些结果突出了 MoTe 2 /Ti 3 C 2 T x杂化物作为一种有能力的非贵重催化剂的前景，并为基于二维材料的 HER 电催化剂的发展提供了良好的前景。
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