高效析氢反应(HER)电催化剂决定氢动力清洁技术的质量分布,但仍面临着巨大的挑战。基于此,中国石油大学(华东)董斌副教授等人报道了通过CoMo -金属-有机骨架前驱体对1T-MoS2催化剂进行了配体调制和Co掺杂的协同策略,提高了1T-MoS2的HER催化活性和耐久性。
测试发现,Co-1T-MoS2-bpe在碱性HER中表现出优异的稳定性和极低的过电位(在10 mA cm-2下118 mV),同时将Co-1T-MoS2-bpe集成到阴离子交换膜水电解槽中,在大电流密度下Co-1T-MoS2-bpe远优于Pt/C催化剂。
通过DFT计算,作者阐明了Co-1T-MoS2-bpe、Co-1T-MoS2、1T-MoS2和2H-MoS2模型的电子结构。投影态密度(PDOS)显示,2H-MoS2的带隙比1T-MoS2大得多,为1.17 eV,表明1T-MoS2可以产生更多的载流子和更高的本征电导率。
通过配体调制和Co掺杂可以进一步增加费米能级附近的态密度,表明Co-1T-MoS2-bpe在费米能级附近具有高电子态。经过配体调制和Co掺杂后,Mo d轨道和S p轨道在费米能级附近的杂化降低。结果表明,掺入配体调制和Co掺杂对价带和导带的电荷密度都有显著影响。
通过计算电子密度差可知,引入配体和Co掺杂可以深刻调节1T-MoS2基面上饱和配位原子的电子结构。从Bader电荷分析中发现,配体调制和Co掺杂导致S位点电荷逐渐减少,有利于调节H2O解离和1T-MoS2上过强的H吸附。在Co-1TMoS2-bpe模型中,电子通过N原子连接转移到bpe的共轭π键上。
计算的解离自由能表明,Co-1T-MoS2-bpe的H2O解离势垒值为0.43 eV,远小于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解离。
Ligand Modulation of Active Sites to Promote Co doped 1T-MoS2 Electrocatalytic Hydrogen Evolution in Alkaline Media. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202313845.