Electron transfer kinetics on natural crystals of MoS2 and graphite

文献情報

出版日 2015-06-12
DOI 10.1039/C5CP02490K
インパクトファクター 3.676
著者

Matěj Velický, Mark A. Bissett, Peter S. Toth, Hollie V. Patten, Stephen D. Worrall, Andrew N. J. Rodgers, Ernie W. Hill, Ian A. Kinloch, Konstantin S. Novoselov, Thanasis Georgiou, Liam Britnell, Robert A. W. Dryfe


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要旨

Here, we evaluate the electrochemical performance of sparsely studied natural crystals of molybdenite and graphite, which have increasingly been used for fabrication of next generation monolayer molybdenum disulphide and graphene energy storage devices. Heterogeneous electron transfer kinetics of several redox mediators, including Fe(CN)63−/4−, Ru(NH3)63+/2+ and IrCl62−/3− are determined using voltammetry in a micro-droplet cell. The kinetics on both materials are studied as a function of surface defectiveness, surface ageing, applied potential and illumination. We find that the basal planes of both natural MoS2 and graphite show significant electroactivity, but a large decrease in electron transfer kinetics is observed on atmosphere-aged surfaces in comparison to in situ freshly cleaved surfaces of both materials. This is attributed to surface oxidation and adsorption of airborne contaminants at the surface exposed to an ambient environment. In contrast to semimetallic graphite, the electrode kinetics on semiconducting MoS2 are strongly dependent on the surface illumination and applied potential. Furthermore, while visibly present defects/cracks do not significantly affect the response of graphite, the kinetics on MoS2 systematically accelerate with small increase in disorder. These findings have direct implications for use of MoS2 and graphene/graphite as electrode materials in electrochemistry-related applications.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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