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奧本大學Xinyu Zhang課題組--簡便微波法合成高效的MoS2/石墨烯納米復合材料及其在析氫反應中的應用
      低成本、高效的氫氣析出反應(HER)催化劑對于提高基于清潔氫氣的能源經(jīng)濟性非常重要。由于二維二硫化鉬(2D MoS2)具有出色的催化性能,因此對其進行了深入研究。然而,大多數(shù)報道的合成是費時、復雜的并且效率較低的。本工作證明了通過超快(60 s)微波引發(fā)的方法生產(chǎn)MoS2/石墨烯催化劑。石墨烯的高比表面積和電導率為MoS2納米片的生長提供了良好的導電網(wǎng)絡,同時具有快速的電荷轉(zhuǎn)移動力學。生成的MoS2/石墨烯納米復合材料在酸性介質(zhì)中對HER具有優(yōu)異的電催化活性,起始電位低至62 mV、陰極電流高、Tafel斜率為43.3 mV/decade。MoS2/石墨烯不僅具有出色的催化活性,而且在250 mV的超電勢下,仍顯示出長的循環(huán)穩(wěn)定性,并具有約1000 mA cm-2的非常高的陰極電流密度。此外,MoS2/石墨烯催化劑在30至120°C的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出出色的HER活性,具有36.51 kJ mol-1的低活化能,為實際的可擴展處理提供了機會。
Figure 1. 微波引發(fā)的MoS2/石墨烯復合物的合成,用作HER的電催化劑。
 

Figure 2. (a,b)石墨烯薄片和(c,d)嵌入石墨烯的MoS2層的SEM圖像;(e)MoS2/石墨烯的HRTEM圖像;(f)MoS2納米片和石墨烯的高倍率HRTEM圖像;MoS2納米片的層間距離約為6.4;(g)MoS2/石墨烯納米復合材料的低倍TEM圖像;(h)MoS2納米片的SAED模式
 
 
Figure 3. HER催化劑的電化學性能:(a)LSV曲線;(b)相應的Tafel圖。電化學電容測量:(c)MoS2/石墨烯的CV曲線;(d)MoS2/石墨烯復合材料、MoS2+石墨烯混合物和純MoS2在不同掃描速率下的平均電容電流密度。
 

Figure 4. EIS測試:(a)用于模擬HER過程的等效電路;(b)EIS;(c)奈奎斯特圖;(d)Rct與MoS2/石墨烯催化劑的HER超電勢有關。
 
 
Figure 5. 穩(wěn)定性測試:(a)MoS2/石墨烯相對于RHE的循環(huán)穩(wěn)定性;(b)時間依賴性;(c)在4000個周期后的CV曲線;(d)在進行4000次CV循環(huán)之前和之后,對MoS2/石墨烯復合材料進行雙層電容測量。
 

Figure 6. (a)MoS2/石墨烯復合材料的LSV曲線(0.5 mol/L H2SO4);(b)MoS2/石墨烯的相應Arrhenius圖
 
      相關研究成果于2020年由奧本大學Xinyu Zhang課題組,發(fā)表在Sci China Mater(doi.org/10.1007/s40843-019-9555-0)上。原文:Facile microwave approach towards high performance MoS2/graphene nanocomposite for hydrogen evolution reaction。

摘自《石墨烯雜志》公眾號:

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