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Hierarchical NbS2/MoS2-Carbon Nanofiber Electrode for Highly Efficient and Stable Hydrogen Evolution Reaction at All Ranges of pH
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2020-06-24 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsaem.0c00856 Paulraj Gnanasekar 1 , Kugalur Shanmugam Ranjith 2 , Palanisamy Manivel 1 , Young-Kyu Han 2 , Jeganathan Kulandaivel 1
ACS Applied Energy Materials ( IF 5.4 ) Pub Date : 2020-06-24 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsaem.0c00856 Paulraj Gnanasekar 1 , Kugalur Shanmugam Ranjith 2 , Palanisamy Manivel 1 , Young-Kyu Han 2 , Jeganathan Kulandaivel 1
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There is an urgent need to develop efficient and nonprecious electrode materials for practical electrocatalyst hydrogen evolution reaction (HER) application to restrain the depletion of fossil fuels. In the present work, we report an efficient and cost-effective electrode with high stability for binder-free water electrolysis under all ranges of pH from 0 to 14. Herein, a two-dimensional (2D) heterostructure of NbS2/MoS2 ultrathin vertical nanosheets was grown on carbon nanofiber with a high aspect ratio by the one-step chemical vapor deposition approach. The resultant hybrid catalyst demonstrates superlative HER performance with a small onset potential (41 mV @ ∼ 0 pH, 22 mV @ ∼ 7 pH and 32 mV @ ∼ 14 pH) and a very low overpotential (0.23 V @ ∼ 0 pH, 0.21 V @ ∼ 7 pH and 0.33 V @ ∼ 14 pH to reach 50 mA/cm2) vs reversible hydrogen electrode (RHE). Besides, the fabricated NbS2/MoS2-CNF displays excellent chronoamperometry stability for more than 50 h in all pH ranges. The proposed heterostructure holds the vital prerequisites for being a significant electrode material owing to multiple HER active edge and planar sulfur sites, excellent barrier-free charge transfer ability toward the electrolyte, and impressive endurance. Overall, the 2D/one-dimensional (1D) hybrid heterostructure appeared to be a precious-metal-free flexible electrode for excellent HER performance under wide ranges of pH for water splitting applications.
中文翻译：
分级NbS 2 / MoS 2-碳纳米纤维电极在所有pH范围内均能高效稳定地发生氢生成反应
迫切需要开发有效且非贵重的电极材料，用于实际的电催化剂氢气析出反应（HER）应用，以限制化石燃料的消耗。在目前的工作中，我们报告了一种高效且具有成本效益的电极，该电极在0至14的所有pH范围内均可用于无粘合剂的水电解。在此，NbS 2 / MoS 2的二维（2D）异质结构通过一步化学气相沉积方法，在高纵横比的碳纳米纤维上生长了超薄垂直纳米片。所得的杂化催化剂显示出最高的HER性能，起始电位小（〜0 pH时为41 mV @〜7 pH以及22 mV〜〜14 pH）和极低的过电势（0.23 V @〜0 pH，0.21 V相对于可逆氢电极（RHE），在〜7 pH和0.33 V @〜14 pH下达到50 mA / cm 2。此外，制造的NbS 2 / MoS 2-CNF在所有pH范围内均能保持50小时以上的计时电流稳定性。由于具有多个HER活性边缘和平面硫位点，优异的无障碍电荷向电解质的转移能力以及出色的耐久力，拟议的异质结构为成为重要的电极材料奠定了至关重要的前提。总体而言，二维/一维（1D）杂化异质结构似乎是不含贵金属的柔性电极，在水分解应用的广泛pH范围内具有出色的HER性能。
更新日期：2020-06-24
中文翻译：
分级NbS 2 / MoS 2-碳纳米纤维电极在所有pH范围内均能高效稳定地发生氢生成反应
迫切需要开发有效且非贵重的电极材料，用于实际的电催化剂氢气析出反应（HER）应用，以限制化石燃料的消耗。在目前的工作中，我们报告了一种高效且具有成本效益的电极，该电极在0至14的所有pH范围内均可用于无粘合剂的水电解。在此，NbS 2 / MoS 2的二维（2D）异质结构通过一步化学气相沉积方法，在高纵横比的碳纳米纤维上生长了超薄垂直纳米片。所得的杂化催化剂显示出最高的HER性能，起始电位小（〜0 pH时为41 mV @〜7 pH以及22 mV〜〜14 pH）和极低的过电势（0.23 V @〜0 pH，0.21 V相对于可逆氢电极（RHE），在〜7 pH和0.33 V @〜14 pH下达到50 mA / cm 2。此外，制造的NbS 2 / MoS 2-CNF在所有pH范围内均能保持50小时以上的计时电流稳定性。由于具有多个HER活性边缘和平面硫位点，优异的无障碍电荷向电解质的转移能力以及出色的耐久力，拟议的异质结构为成为重要的电极材料奠定了至关重要的前提。总体而言，二维/一维（1D）杂化异质结构似乎是不含贵金属的柔性电极，在水分解应用的广泛pH范围内具有出色的HER性能。
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