界面工学を用いた3次元1T-MoS /CoSヘテロ構造による超高速水素発生反応の実現

3D 1T-MoS /CoS Heterostructure via Interface Engineering for Ultrafast Hydrogen Evolution Reaction.

• Yangyang Feng
• Ting Zhang
• Jiahui Zhang
• Hao Fan
• Cheng He
• Jiangxuan Song

抄録

金属相(1T)MoSは、水素発生反応のための魅力的な材料として注目されている。本研究では、高活性な1T-MoS/CoSヘテロナノ構造を用いて、安定かつ高比率の1T MoSを実現するための新規な界面誘起戦略を報告した。本研究では、モリブデン酸コバルト酸化物ナノロッドからその場で成長させた1T-MOSとCoSナノシートを適度な条件で連結させることにより、多数のヘテロ界面を得ることができる。MoSとCoSの強い相互作用により、金属相(1T)MoSの割合が76.6%と高く、2H MoSと比較して高い導電性と豊富な活性サイトが得られることがわかった。さらに、MoSとCoSが連結したナノシートは、ナノシートを効果的に分散させることができ、活性表面積を拡大することができる。また、ヘテロ界面での水素吸着の自由エネルギーがほぼゼロに近いことから、ヘテロ接合によって誘起される高速な反応速度と優れた触媒活性を示している。したがって、水素発生反応(HER)に適用した場合、1T-MoS /CoSヘテロ構造は、10mA cmの電流密度で71mVと26mVの低過電位を、アルカリ性及び酸性条件ではそれぞれ60mVと43mV decの低タフェルループで実現することができた。

Metallic phase (1T) MoS has been regarded as an appealing material for hydrogen evolution reaction. In this work, a novel interface-induced strategy is reported to achieve stable and high-percentage 1T MoS through highly active 1T-MoS /CoS hetero-nanostructure. Herein, a large number of heterointerfaces can be obtained by interlinked 1T-MoS and CoS nanosheets in situ grown from the molybdate cobalt oxide nanorod under moderate conditions. Owing to the strong interaction between MoS and CoS , high-percentage of metallic-phase (1T) MoS of 76.6% can be achieved, leading to high electroconductivity and abundant active sites compared to 2H MoS . Furthermore, the interlinked MoS and CoS nanosheets can effectively disperse the nanosheets so as to enlarge the exposed active surface area. The near zero free energy of hydrogen adsorption at the heterointerface can also be achieved, indicating the fast kinetics and excellent catalytic activity induced by heterojunction. Therefore, when applied in hydrogen evolution reaction (HER), 1T-MoS /CoS heterostructure delivers low overpotential of 71 and 26 mV at the current density of 10 mA cm with low Tafel slops of 60 and 43 mV dec , respectively in alkaline and acidic conditions.

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