Der Vergleich von flüssig exfolierten Übergangsmetall-Dichalkogeniden zeigt, dass MoSe2 der effektivste Wasserstoffentwicklungs-Katalysator ist

Obwohl 2D-Übergangsmetall-Dichalkogenide als vielversprechende Materialien für die Elektrolyse der Wasserstoffproduktion bekannt sind, ist unklar, welches Mitglied dieser Materialfamilie der effektivste Katalysator ist. Hier führen wir eine umfassende Studie durch, in der wir die katalytische Leistung von Elektroden vergleichen, die aus porösen Arrays flüssig exfolierter MX2-Nanosheets (M = Mo, W; X = S, Se, Te) bestehen. Wir finden eine klare Hierarchie mit Seleniden > Sulfiden > Telluriden, wobei MoSe2 die anderen Materialien deutlich übertrifft. In allen Fällen kann die Leistung, die durch die Stromdichte bei einem bestimmten Potential charakterisiert ist, durch Erhöhung der Anzahl aktiver Stellen (durch Kontrolle der Elektrodendicke) und/oder durch Hinzufügen von Kohlenstoffnanoröhren zur Elektrode (d.h. Erhöhung der Leitfähigkeit der Elektrode) verbessert werden. Obwohl alle Materialien vergleichsweise stabile Elektroden bildeten, neigte die Zugabe von Nanoröhren dazu, die mechanische Kohäsion zu verbessern. In dem Versuch, die Leistung zu maximieren, stellten wir dicke (∼15 μm), freistehende MoSe2/SWNT-Verbundelektroden her, die Tafelneigungen von ∼77 mV pro Dekade und Austauschstromdichten von ∼0,1 mA cm(-2) zeigten. Diese Elektroden hatten niedrige Einschaltpotentiale und erreichten -2 mA cm(-2) bei -41 mV (vs. RHE) und erzeugten hohe Stromdichten von -35 mA cm(-2) bei -200 mV (vs. RHE).