SCMs|具有硫空位的磷掺杂二硫化钼用于增强电化学水分解

由于其丰度高、电化学稳定性强，MoS₂被认为是一种极具前途的电催化剂。然而，其导电性差和活性低，因此催化性能受到限制。此外，MoS₂无法满足工业化大规模应用的要求。

近日，青岛科技大学李镇江教授等人在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文，在室温下通过固相离子交换将P插入到MoS₂基体中, 获得了具有S空位缺陷的P掺杂MoS₂催化剂。当P掺杂量为11.4 wt%时为最佳，所制备的催化剂具有优异的电催化析氢(HER)和析氧(OER)性能。碱性条件下，在10 mA cm⁻²电流密度下对应的过电位分别为93和316 mV，这些数值超过了先前报道的大多数二硫化钼基材料的过电位。

理论计算和实验结果都表明，MoS₂基面上形成的掺杂P活性中心及由P掺杂引起的S空位缺陷的协同作用增强了催化剂的本征电子电导率和电催化活性。密度泛函理论计算表明，与原始的MoS₂相比，P优化了MoS₂氢吸附自由能，从而显著提高了掺杂后催化剂对HER的固有活性。P掺杂MoS₂对OER的催化活性增强归因于掺杂P促进羟基和含氧中间体的吸附及反应能垒的降低。

本研究提出了一种全新、环保、便捷的固相离子交换法来提高二维过渡金属硫族化合物在大规模应用中的电催化能力。

文章信息

Xue, H., Meng, A., Chen, C. et al. Phosphorus-doped MoS₂ with sulfur vacancy defects for enhanced electrochemical water splitting. Sci. China Mater. (2021). https://doi.org/10.1007/s40843-021-1774-9

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