Research Progress on Doping of Molybdenum Disulfide and Hydrogen Evolution Reaction

doi:10.7503/cjcu20200652

Abstract

Abstract:

Hydrogen production by electrocatalytic water splitting is a production process that can form a closed loop. The starting material and by-products are water. The process is clean and pollution-free， which is a highly promising strategy for hydrogen production. One of the bottlenecks restricting its development is the expensive Pt-based precious metal catalyst. To promote the popularization of electrocatalytic water splitting to produce hydrogen， it is urgent to develop low-cost and non-precious metal catalysts. Among the many alternative non-precious metal catalytic materials， nano-layered molybdenum disulfide（MoS₂） has attracted widespread attention due to its predictable catalytic effect， abundant reserves， and low price. However， the layered structure 2H phase MoS₂， which is easy to obtain under normal conditions， has a large area of the ??basal surface that is inert in HER catalysis， only a small number of active sites exist at the edge of the sheet， and the conductivity is poor， so it is not enough to replace the Pt-based catalyst. It is an important task to increase the number of active sites and to improve its conductivity， and has become an urgent problem to be solved. On the other hand， although 1T-phase MoS₂ has high activity and good conductivity， it has the problems of difficulty in preparation and poor stability. Given this， a lot of work has been done to improve the activity and stability of nano-MoS₂ by doping modification. In this review， we summarized and discussed the methods and mechanisms of the doping modification of non-precious metal nano-MoS₂ catalysts and the related research on the performance of electrocatalytic hydrolysis for hydrogen production. As a typical non-precious metal water electrolysis hydrogen evolution catalyst， MoS₂ has great development potential. We believe that this review can provide a useful reference to the research and development of related non-precious metal catalysts.

Key words: Electrocatalytic hydrogen evolution, Molybdenum disulfide（MoS₂）, Doping, Defect, Two- dimensional material

CLC Number:

O646

TrendMD:

CHEN Xiaoyu, YU Ranbo. Research Progress on Doping of Molybdenum Disulfide and Hydrogen Evolution Reaction[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(2): 475.

Figures/Tables 19

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56	Li X.， Zhu H.， J. Materiomics，2015， 1， 33—44

Catalyst	Method	Electrolyte	Overpotential^*/ mV	Tafel slope/(mV·dec^-1)	Ref.
Ni?MoS₂	One?step hydrothermal method	0.5 mol/L H₂SO₄	173	69	[75]
Re?MoS₂	CVD	0.5 mol/L H₂SO₄	169	56	[77]
MoS₂	—	0.5 mol/L H₂SO₄	300	103	[81]
Co?MoS₂	Exfoliation doping	0.5 mol/L H₂SO₄	220	92	[81]
Ni?MoS₂	Exfoliation doping	0.5 mol/L H₂SO₄	353	103	[81]
Ni?Co doped 2H?MoS₂	Co?precipitation hydrothermal method	1 mol/L KOH	87	40.3	[84]
Ni?Co doped 1T?MoS₂	Co?precipitation hydrothermal method	1 mol/L KOH	70	38.1	[84]

Catalyst	Method	Electrolyte	Overpotential^*/ mV	Tafel slope/(mV·dec^-1)	Ref.
Ni?MoS₂	One?step hydrothermal method	0.5 mol/L H₂SO₄	173	69	[75]
Re?MoS₂	CVD	0.5 mol/L H₂SO₄	169	56	[77]
MoS₂	—	0.5 mol/L H₂SO₄	300	103	[81]
Co?MoS₂	Exfoliation doping	0.5 mol/L H₂SO₄	220	92	[81]
Ni?MoS₂	Exfoliation doping	0.5 mol/L H₂SO₄	353	103	[81]
Ni?Co doped 2H?MoS₂	Co?precipitation hydrothermal method	1 mol/L KOH	87	40.3	[84]
Ni?Co doped 1T?MoS₂	Co?precipitation hydrothermal method	1 mol/L KOH	70	38.1	[84]

Catalyst	Method	Onset potential/mV	Overpotential^b/mV	Tafel slope/(mV·dec^-1)	Ref.
P?MoS₂	Calcination	—	120	57	[90]
P/O?MoS₂	Electrochemical deposition and heat treatment	130	217	49	[91]
O?MoS₂	Hydrothermal method	120	—	55	[92]
N?MoS₂	One?step sintering	35	—	41	[95]
Amorphous P?MoS₂	Hydrothermal method	167	219	39	[96]

Catalyst	Method	Onset potential/mV	Overpotential^b/mV	Tafel slope/(mV·dec^-1)	Ref.
P?MoS₂	Calcination	—	120	57	[90]
P/O?MoS₂	Electrochemical deposition and heat treatment	130	217	49	[91]
O?MoS₂	Hydrothermal method	120	—	55	[92]
N?MoS₂	One?step sintering	35	—	41	[95]
Amorphous P?MoS₂	Hydrothermal method	167	219	39	[96]

Catalyst	Method	Overpotential^b/mV	Tafel slope/(mV·dec^-1)	Ref.
S vacancy in MoS₂	Plasma reduction	183	77.6	[105]
S vacancy in MoS₂	Hydrothermal?etching	131	48	[107]
V?MoS₂/VGN@CP	Plasma deposition?solvothermal method	128	50	[109]