Fabrication of ZIF-67-Derived Hollow Flower-like Ni0.3Co2.7S/MoS2 Composite Catalysts for Hydrogen Production via Water Electrolysis

doi:10.7503/cjcu20250144

Abstract

Abstract:

Hydrogen energy， as one of the most promising clean energy vectors in the 21st century， has positioned its efficient production technology as a critical pathway for global energy transition. However， large-scale implementation of water electrolysis remains constrained by the high overpotentials of hydrogen evolution reaction（HER） and oxygen evolution reaction（OER）， resulting in inefficient energy conversion. Although noble-metal-based catalysts（Pt， IrO₂/RuO₂） exhibit exceptional catalytic activity， their scarcity and prohibitive costs severely restrict industrial deployment. Transition metal sulfides（TMS） have emerged as competitive alternatives to noble-metal catalysts due to their cost-effectiveness and tunable electronic structures， yet their inferior intrinsic activity hinders large-scale applications. Metal-organic frameworks（MOFs）， featuring ordered porous architectures， high specific surface areas， and uniformly distributed metal nodes， can be converted through controlled sulfurization into cobalt-based sulfides with hierarchical porosity. This conversion not only preserves the three-dimensional skeletal advantages of the precursors but also effectively modulates the density of states at metal centers via sulfur-atom doping. In this work， NiCo ZIF-67 is employed as a precursor to construct a hollow-structured Ni_0.3Co_2.7S/MoS₂ flower-like composite catalyst through sulfur-induced Kirkendall effect-driven synthesis. The hollow framework of the composite synergistically enhances cycling stability by effectively anchoring MoS₂ nanosheets， while its expanded interlayer spacing facilitates sufficient electrolyte infiltration and optimizes charge transfer pathways. The Ni_0.3Co_2.7S/MoS₂ catalyst demonstrates exceptional electrocatalytic hydrogen evolution performance， achieving a low overpotential of 150 mV at 10 mA/cm². Remarkably， after galvanostatic stability testing（80 h at 10 mA/cm²） and 2000 cyclic voltammetry cycles， the overpotential increases by only 7 mV， highlighting its superior activity and long-term durability. This study provides a novel strategy for designing efficient and stable TMS-based electrocatalysts for water splitting， offering significant scientific value for advancing green hydrogen technologies.

Key words: Hydrogen evolution reaction, Transition metal sulfides, Structural engineering, Hydrothermal synthesis

CLC Number:

O646

TrendMD:

LI Dong, PU Xue, DENG Li, WU Qilin, JU Anqi. Fabrication of ZIF-67-Derived Hollow Flower-like Ni_0.3Co_2.7S/MoS₂ Composite Catalysts for Hydrogen Production via Water Electrolysis[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(9): 20250144.

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References 33

[1]	Chi L. P.， Niu Z. Z.， Liao J.， Tang K. B.， Gao M. R.， Chem. J. Chinese Universities， 2023， 44（5）， 20220740
	池丽萍，牛壮壮，廖洁，唐凯斌，高敏锐. 高等学校化学学报， 2023， 44（5）， 20220740
[2]	Peng M.， Ge Y. Z.， Gao R.， Yang J.， Li A.， Xie Z. H.， Yu Q. L.， Zhang J.， Asakura H.， Zhang H.， Liu Z.， Zhang Q.， Deng J.， Zhou J. H.， Zhou W.， Huchings G. J.， Ma D.， Science， 2025， 387（6735）， 769—775
[3]	Zhang F. F.， Hong S. H.， Qiao R. X.， Huang W. H.， Tang Z.， Tang J. Y.， Pao C. W.， Yeh M. H.， Dai J.， Chen Y.， Lu J.， Hu Z. W.， Gong F.， Zhu Y. L.， Wang H. T.， ACS Nano， 2025， 19（11）， 11176—11186
[4]	Lin J. W.， Wang X.， Zhao Z. Y.， Chen D. L.， Liu R. M.， Ye Z. Z.， Lu B.， Hou Y.， Lu J. G.， Carbon Energy， 2024， 6（11）， 555—586
[5]	Pomerantseva E.， Bonaccorso F.， Feng X. L.， Cui Y.， Gogotsi Y.， Science， 2019， 366（6468）， 969—981
[6]	Yuan Y. L.， Fang H. L.， Chen K.， Huang J. H.， Chen J. X.， Lu Z. W.，Wang H. B.， Zhao Z. X.， Chen W. X.， Wen Z. H.， Adv. Mater.， 2025， 37（18）， 2501607
[7]	Chen G. Z.， Chen W.， Lu R. H.， Ma C. Zhang Z. D.， Huang Z. Y.， Weng J. N.， Wang Z. Y.， Han Y. H.， Huang W.， J. Am. Chem. Soc.， 2023， 145（40）， 22069—22078
[8]	Su L. X.， Zhang S. K.， Cui C. X.， Zhou S. N.， Pang H.， Adv. Mater.， 2025， 37（4）， 2414628
[9]	Duan X.， Zhang H.， Chem. Rev.， 2024， 124（19）， 10619—10622
[10]	Shi C， Zhou J.， Boda M. A.， Zhao K. F.， Yang Z. Q.， Yuan D. W.， Yi Z. G.， J. Mater. Chem. A， 2025， 13（6）， 4538—4549
[11]	Huang J. J.， Mu L.， OU Y. Y.， Zhao G.， Huang J. Z.， Wang X.， Zhang B. J.， CrystEngComm， 2024， 26（33）， 4478—4488
[12]	Yang Z.， Chen H. B.， Bei S. Y.， Bao K. Y.， Zhang C. Y.， Xiang M.， Yu C. B.， Dong S.， Qin H. F.， Small， 2024， 20（24）， 2310286
[13]	Jia Y.， Zhang Y. C.， Xu H. Q.， Li J.， Gao M.， Yang X. T.， ACS Catal.， 2024， 14（7）， 4601—4637
[14]	Chen X. Y.， Yao J. S.， Geng J. M.， Zhou M. M.， China Molybdenum Ind.， 2023， 47（6）， 1—9
	陈宇欣，姚金实，葛静敏，周明明. 中国钼业， 2023， 47（6）， 1—9
[15]	Ali Shan S.， Xu L.， Sayyar R.， Bian T.， Liu Z. Y.， Yuan A. H.， Shen X. P.， Khan I.， Tahir A. A.， Ullah H.， Chem. Eng. J.， 2022， 428， 132126
[16]	Zhang G. G.， Feng W. C.， Du G. Y.， Zhang Y.， Yang Y.， Xu D.， Wang T. Y.， Chen H. Y.， Xue H. G.， Shakouri M.， Pang H.， Adv. Mater.， 2025， 37（26）， 2503814
[17]	An B.， Bian R. C.， Dong J. P.， Liu W. L.， Su H.， Li N.， Gao Y. Q.， Ge L.， Chem. Eng. J.， 2024， 485， 149903
[18]	Shi M. J.， Sultanta F.， Qin X. J.， Zhang P.， Qian K. C.， Wei T.， Duan Y.， Li T. T.， Bai J. M.， Li R. H.， Appl. Catal. B： Environ. Energy， 2025， 371， 125210
[19]	Su L. X.， Zhang S. K.， Wu H.， Zhou S. N.， Cui C. X.， Pang H.， Nano Energy， 2024， 130， 110177
[20]	Yao C.， Wang Q. Q.， Peng C. Y.， Wang R. C.， Liu J. L.， Tsidaeva N.， Wang W.， Chem. Eng. J.， 2024， 479， 147924
[21]	Lu M， Y， Zhao X.， Zhang S. F.， Jian H. X.， Wang M.， Lu T. B.， Sci. China Mater.， 2024， 67（6）， 1882—1890
[22]	Liu W. L.， Teng Z. Y.， AN B.， Dong J. P.， Li N.， Gao Y. Q.， Ge L.， Chem. Eng. J.， 2025， 504， 158932
[23]	Li X. Y.， Chen X.， Li M.， Wei H. R.， Yang X. M.， Ye S. H.， Li L. W.， Chen J.， Ren X. Z.， Ouyang X. P.， Liu J. H.， Meng X. T.， Qiu J. S.， Xiao B. W.， Zhang Q. L.， Hu J. T.， Nano⁃Micro Lett.， 2025， 17（1）， 177—208
[24]	Yang C. G.， Huang R.， Wang D. E.， Tian Z. J.， Chem. Ind. Eng. Prog.， 2023， 43（1）， 465—472
	杨成功，黄蓉，王冬娥，田志坚. 化工进展， 2023， 43（1）， 465—472
[25]	Zhang T.， Hang L. F.， Liu Q. Y.， Tao S.， Bao H. M.， Fan H. J.， Adv. Mater.， 2024， 36（36）， 2405386
[26]	Yan W. Q.， Xian J. L.， Zhang S. N.， Zhang J. R.， Liu K. S.， Yang J. L.， Tao F.， Liu R. P.， Liu Q.， Yang P. H.， Adv. Sci.， 2025， 12（26）， 2502834
[27]	Li M.， Li H.， Fan H. F.， Liu Q. F.， Yan Z.， Wang A. Q.， Yang B.， Wang E.， Nat. Commun.， 2024， 15（1）， 6154—6163
[28]	Xu Z. Y.， Chen Q.， Chen Q. X.， Wang P.， Wang J. X.， Guo C.， Qiu X. Y.， Han X.， Hao J. H.， J. Mater. Chem. A， 2022， 10（45）， 24137—24146
[29]	Zhang Y. C.， Yang T. R.， Li J.， Zhang Q.， Li B. Z.， Gao M.， Adv. Funct. Mater.， 2022， 33（3）， 2210939
[30]	Jin H.， Zhang Y.， Cao Z. W.， Liu J.， Ye S.， Adv. Mater.， 2025， doi： 10.1002/adma.202502977
[31]	Li R. S.， Miao Z. P.， Li J.， Tian X. L.， Chem. J. Chinese Universities， 2023， 44（5）， 20220730
	李瑞松，苗政培，李静，田新龙. 高等学校化学学报， 2023， 44（5）， 20220730
[32]	Shi Y.， Zhang D.， Miao H. F.， Wu X. K.， Wang Z. C.， Zhan T. R.， Lai J. P.， Wang L.， Sci. China Chem.， 2022， 65（9）， 1829—1837
[33]	Zhao L.， Liang S. J.， Zhang L.， Huang H. L.， Zhang Q. H.， Ge W. Y.， Ting S. W.， Tan T.， Huang L. B.， An Q.， Small， 2024， 20（40）， e2401537

Catalyst	S_BET/（m²∙g^-1）	S_meso/（m²∙g^-1）	V_meso/（cm³∙g^-1）
Ni_0.3Co_2.7S/MoS₂⁃2	119.120	89.311	0.241
Ni_0.3Co_2.7S/MoS₂⁃3	98.952	71.764	0.125
Ni_0.3Co_2.7S/MoS₂⁃1	57.484	21.135	0.043

Catalyst	S_BET/（m²∙g^-1）	S_meso/（m²∙g^-1）	V_meso/（cm³∙g^-1）
Ni_0.3Co_2.7S/MoS₂⁃2	119.120	89.311	0.241
Ni_0.3Co_2.7S/MoS₂⁃3	98.952	71.764	0.125
Ni_0.3Co_2.7S/MoS₂⁃1	57.484	21.135	0.043

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[1]	WANG Yitong, CAO Yuanyuan, ZHOU Lina, YE Rongrong, LI Di, LIU Xinxin, GUO Biao, ZHOU Lijing, ZHAO Zhen. Synthesis of Nitrogen-doped Porous Molybdenum Carbide Nanorods and Their Electrocatalytic Hydrogen Evolution Performance in Acidic and Alkaline Media [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(8): 20250095.
[2]	LIU Zhaozhen, YAO Yanfang, FANG Kun, LYU Yunrui, YE Yong, LIU Haiyang. Metalloporphyrin/Multi-walled Carbon Nanotubes Composites for Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(5): 20240529.
[3]	WEN Ying, CHEN Rongsheng, NI Hongwei. Ultra-fast Synthesis of Highly Dispersed Pt Nanoparticles Loaded on Carbon Nanotubes by Nanosecond Pulsed Laser for Hydrogen Evolution Reaction [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(3): 20240464.
[4]	WANG Lu. Ionic Liquid-assisted Hydrothermal Synthesis of 1T-MoS₂ and Its Zinc Ion Storage Performance [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(9): 20240145.
[5]	CHEN Xin, LIU Jingyuan, YU Jing. Preparation of Porous Carbon Nanofiber Loaded Copper-platinum Alloy Catalysts and Their Electrocatalytic Hydrogen Evolution Performance [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(6): 20240042.
[6]	LIU Wenhuan, WANG Kangkang, DOU Jiayang, ZHANG Tongchen, DONG Sheying. Electrodeposited NiCu Alloy Anchored Co₂P Nanowires Enhancing Hydrogen Evolution Reaction by Modulating Electronic Structure [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(4): 20240005.
[7]	YU Wenli, WANG Zixuan, DONG Bin, WU Zexing, CHAI Yongming, WANG Lei. pH-Universal Hydrogen Evolution Reaction Performance Boosted by Electronic Interaction Between Ultrafine Pt Nanoparticles and MOF Support [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(12): 20240408.
[8]	HU Wenxin, ZHAO Ying, DU Danyang, ZHANG Hongdan, CHENG Peng. Preparation of ZSM-5 Encapsulated Pt-La Bimetallic Catalysts and Their Catalytic Performance for iso-Butane Cracking [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(10): 20240244.
[9]	YANG Yingnan, SUN Qiming. Synthesis of EAB Zeolite and Its Application in Methanol-to-olefin Reaction [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(8): 20230119.
[10]	ZHAO Huanyu, MI Hongtian, CHANG Yueqi, ZHOU Dongxue, ZHANG Liguo, YANG Mu. Interfacial Engineering and Electrocatalytic Hydrogen Evolution Performance of Ni/TiO₂-V_O Nanowires Self-supporting Thin Films [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(8): 20230057.
[11]	YANG Lijun, YU Yang, ZHANG Lei. Construction of Dual-functional 2D/3D Hydrid Co₂P-CeO _x Heterostructure Integrated Electrode for Electrocatalytic Urea Oxidation Assisted Hydrogen Production [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220082.
[12]	WANG Zumin, MENG Cheng, YU Ranbo. Doping Regulation in Transition Metal Phosphides for Hydrogen Evolution Catalysts [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(11): 20220544.
[13]	LIANG Yu, LIU Huan, GONG Lige, WANG Chunxiao, WANG Chunmei, YU Kai, ZHOU Baibin. Synthesis and Supercapacitor Properties of Biimidazole-modified ｛SiW₁₂O₄₀｝ Hybrid [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(1): 20210556.
[14]	WU Yaqiang, LIU Siming, JIN Shunjin, YAN Yongqing, WANG Zhao, CHEN Lihua, SU Baolian. Synthesis of Zn-Doped NiCoP Catalyst with Porous Double-layer Nanoarray Structure and Its Electrocatalytic Properties for Hydrogen Evolution [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(8): 2483.
[15]	ZHANG Nan, HAN Kuo, LI Yue, WANG Chunru, ZHAO Feng, HAN Dongxue, NIU Li. Core-shell Heterostructure Construction Between Thiospinel CuCo₂S₄ and MoS₂ for Improved Hydrogen Evolution Electrocatalytic Performance [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(4): 1307.