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Design of Dual-Modified MoS2 with Nanoporous Ni and Graphene as Efficient Catalysts for the Hydrogen Evolution Reaction
ACS Catalysis ( IF 11.3 ) Pub Date : 2018-07-24 00:00:00 , DOI: 10.1021/acscatal.8b01164 Li Xin Chen 1 , Zhi Wen Chen 1 , Yu Wang 1 , Chun Cheng Yang 1 , Qing Jiang 1
ACS Catalysis ( IF 11.3 ) Pub Date : 2018-07-24 00:00:00 , DOI: 10.1021/acscatal.8b01164 Li Xin Chen 1 , Zhi Wen Chen 1 , Yu Wang 1 , Chun Cheng Yang 1 , Qing Jiang 1
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Molybdenum disulfide (MoS2), a two-dimensional layered material, has attracted ever-growing interest as one of the most promising non-noble-metal electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction (HER). However, its catalytic efficiency is far from that of the best-performing Pt-based catalysts due to insufficient active sites and poor conductivity. Herein, density functional theory (DFT) simulations indicate that the catalytic activity of MoS2 could be improved through synergistic effects between the graphene substrate and Ni atom adsorption. Following this result, we designed and synthesized dual-modified MoS2 nanosheets with nanoporous Ni and reduced graphite oxide, which show a low onset potential (85 mV), a small Tafel slope (71.3 mV dec–1), and a high cycling stability as HER catalysts. Both the DFT and experimental results demonstrate that the above superior performances are derived from a large number of edge active sites and fast electron transport. This study provides a comprehensive understanding of the HER activity of MoS2 and also a new strategy to design high-performance HER catalysts aided by DFT simulations.
中文翻译：
纳米多孔镍和石墨烯双催化改性MoS 2的产氢反应催化剂设计
二维分层材料二硫化钼（MoS 2）作为氢释放反应（HER）最有希望的非贵金属电催化剂之一，引起了越来越多的关注。但是，由于活性位点不足和导电性差，其催化效率远不及性能最佳的Pt基催化剂。在本文中，密度泛函理论（DFT）模拟表明，通过石墨烯衬底与Ni原子吸附之间的协同作用，可以提高MoS 2的催化活性。根据该结果，我们设计并合成了具有纳米孔镍和还原的氧化石墨的双改性MoS 2纳米片，该片具有较低的起始电势（85 mV），小的Tafel斜率（dec的71.3 mV–1），以及作为HER催化剂的高循环稳定性。DFT和实验结果均表明，上述优越的性能源于大量的边缘活性位和快速的电子传输。这项研究提供了对MoS 2的HER活性的全面理解，并且还提供了一种新的策略来设计借助DFT模拟的高性能HER催化剂。
更新日期：2018-07-24
中文翻译：
纳米多孔镍和石墨烯双催化改性MoS 2的产氢反应催化剂设计
二维分层材料二硫化钼（MoS 2）作为氢释放反应（HER）最有希望的非贵金属电催化剂之一，引起了越来越多的关注。但是，由于活性位点不足和导电性差，其催化效率远不及性能最佳的Pt基催化剂。在本文中，密度泛函理论（DFT）模拟表明，通过石墨烯衬底与Ni原子吸附之间的协同作用，可以提高MoS 2的催化活性。根据该结果，我们设计并合成了具有纳米孔镍和还原的氧化石墨的双改性MoS 2纳米片，该片具有较低的起始电势（85 mV），小的Tafel斜率（dec的71.3 mV–1），以及作为HER催化剂的高循环稳定性。DFT和实验结果均表明，上述优越的性能源于大量的边缘活性位和快速的电子传输。这项研究提供了对MoS 2的HER活性的全面理解，并且还提供了一种新的策略来设计借助DFT模拟的高性能HER催化剂。
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