董斌團(tuán)隊(duì)Angew:Co-1T-MoS2-bpe堿性介質(zhì)中電催化HER
高效析氫反應(yīng)(HER)電催化劑決定氫動(dòng)力清潔技術(shù)的質(zhì)量分布,但仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)?;诖耍?strong>中國(guó)石油大學(xué)(華東)董斌副教授等人報(bào)道了通過CoMo -金屬-有機(jī)骨架前驅(qū)體對(duì)1T-MoS2催化劑進(jìn)行了配體調(diào)制和Co摻雜的協(xié)同策略,提高了1T-MoS2的HER催化活性和耐久性。 測(cè)試發(fā)現(xiàn),Co-1T-MoS2-bpe在堿性HER中表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性和極低的過電位(在10 mA cm-2下118 mV),同時(shí)將Co-1T-MoS2-bpe集成到陰離子交換膜水電解槽中,在大電流密度下Co-1T-MoS2-bpe遠(yuǎn)優(yōu)于Pt/C催化劑。
通過DFT計(jì)算,作者闡明了Co-1T-MoS2-bpe、Co-1T-MoS2、1T-MoS2和2H-MoS2模型的電子結(jié)構(gòu)。投影態(tài)密度(PDOS)顯示,2H-MoS2的帶隙比1T-MoS2大得多,為1.17 eV,表明1T-MoS2可以產(chǎn)生更多的載流子和更高的本征電導(dǎo)率。 通過配體調(diào)制和Co摻雜可以進(jìn)一步增加費(fèi)米能級(jí)附近的態(tài)密度,表明Co-1T-MoS2-bpe在費(fèi)米能級(jí)附近具有高電子態(tài)。經(jīng)過配體調(diào)制和Co摻雜后,Mo d軌道和S p軌道在費(fèi)米能級(jí)附近的雜化降低。結(jié)果表明,摻入配體調(diào)制和Co摻雜對(duì)價(jià)帶和導(dǎo)帶的電荷密度都有顯著影響。
通過計(jì)算電子密度差可知,引入配體和Co摻雜可以深刻調(diào)節(jié)1T-MoS2基面上飽和配位原子的電子結(jié)構(gòu)。從Bader電荷分析中發(fā)現(xiàn),配體調(diào)制和Co摻雜導(dǎo)致S位點(diǎn)電荷逐漸減少,有利于調(diào)節(jié)H2O解離和1T-MoS2上過強(qiáng)的H吸附。在Co-1TMoS2-bpe模型中,電子通過N原子連接轉(zhuǎn)移到bpe的共軛π鍵上。 計(jì)算的解離自由能表明,Co-1T-MoS2-bpe的H2O解離勢(shì)壘值為0.43 eV,遠(yuǎn)小于Co-1T-MoS2的0.62 eV和1T-MoS2的1.50 eV,表明在Co-1T-MoS2-bpe基面上有利的H2O解離。
Ligand Modulation of Active Sites to Promote Co doped 1T-MoS2 Electrocatalytic Hydrogen Evolution in Alkaline Media. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202313845.