首頁 > 行業(yè)資訊 > CEJ：噴涂技術(shù)！實現(xiàn)在Cu膜上制備MoS2基電催化劑用于高效析氫反應(yīng)

CEJ：噴涂技術(shù)！實現(xiàn)在Cu膜上制備MoS2基電催化劑用于高效析氫反應(yīng)

時間：2023-02-09 來源：瀏覽：

CEJ：噴涂技術(shù)！實現(xiàn)在Cu膜上制備MoS2基電催化劑用于高效析氫反應(yīng)

原創(chuàng) W 催化開天地

催化開天地

微信號 catalysisworld

功能介紹催化開天地（Catalysis Opens New World），分享催化基本知識，關(guān)注催化前沿研究動態(tài)，我們只專注于催化！

收錄于合集

【做計算找華算】 理論計算助攻頂刊，10000+成功案例，全職海歸技術(shù)團(tuán)隊、正版商業(yè)軟件版權(quán)！

經(jīng)費預(yù)存選華算，高至15%預(yù)存增值！

社會對能源需求的不斷增長，刺激了對開發(fā)可持續(xù)和可再生能源的深入研究，以減少我們對化石燃料的依賴。氫氣是未來技術(shù)中最有前途的能源載體之一，然而氫氣的制備本身也面臨一些挑戰(zhàn)。

通過析氫反應(yīng)(HER)制備氫氣的電解水被認(rèn)為是生產(chǎn)氫燃料的一種切實可行的方法。在HER中，通過降低電化學(xué)反應(yīng)的過電位和加速反應(yīng)速率來最大化電化學(xué)反應(yīng)效率的電催化劑被廣泛應(yīng)用。盡管鉑等貴金屬對HER表現(xiàn)出較高的電活性，但貴金屬的高成本和稀缺性是其大規(guī)模和可持續(xù)應(yīng)用的嚴(yán)重障礙。因此，開發(fā)與鉑族金屬性能相當(dāng)?shù)牡统杀?、地球儲量豐富的催化劑是目前催化領(lǐng)域最迫切的目標(biāo)之一。

基于此， 托木斯克理工大學(xué)Raul D. Rodriguez和電子科技大學(xué)陳金菊(共同通訊)等人 通過噴涂的方式制備了具有部分1T相和三維結(jié)構(gòu)的由Cu膜負(fù)載的MoS ₂ 基電催化劑。

研究了MoS ₂ 、MoS2/PVP和利用噴涂技術(shù)制備的MoS ₂ /PVP/RGO催化劑的HER性能。MoS ₂ /PVP催化劑的過電位(在10 mA cm ^-2 電流密度下)比純MoS ₂ 催化劑要小得多，MoS ₂ /PVP/RGO催化劑的過電位則進(jìn)一步降低。

同時，Tafel斜率表現(xiàn)出相同的變化趨勢。這些結(jié)果表明，PVP和RGO的引入顯著提高了MoS ₂ 納米結(jié)構(gòu)對HER的催化活性。

為了探究邊緣位置暴露對催化性能的影響，還利用噴涂技術(shù)設(shè)計并制備了一種三維空間結(jié)構(gòu)的催化劑。從光學(xué)圖像上可以明顯看出催化劑在平面方向上的不均勻分布。

平面分布不均勻的催化劑比平面分布均勻的催化劑表現(xiàn)出更好的HER活性，其中Cu膜上的平面分布不均勻的MoS ₂ /PVP/RGO催化劑只需51 mV的過電位就能驅(qū)動10 mA cm ^-2 的電流密度，其Tafel斜率低至32 mV decl ^-1 ，與Pt/C電極相當(dāng)。

根據(jù)Tafel圖還可以得出負(fù)載在Cu膜上的MoS ₂ /PVP/RGO的HER交換電流密度(j ₀ )為0.267 mA cm ^-2 。

利用理論計算揭示了RGO在催化劑體系中的作用。Cu-MoS ₂ 的帶隙約為2.61 eV，而Cu-RGO-MoS ₂ 的帶隙消失，呈現(xiàn)出金屬性質(zhì)。進(jìn)一步計算了DOS和pDOS，分析了不同組分之間的相互作用。

從計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，RGO中的C原子將電子態(tài)引入到能帶中，導(dǎo)致Cu-RGO-MoS ₂ 的帶隙消失。作為導(dǎo)體，Cu只對導(dǎo)帶的電子態(tài)做出貢獻(xiàn)，而不是向帶隙引入額外的能級。綜上所述，可以推斷在Cu載體和MoS ₂ 催化劑之間引入RGO增強(qiáng)了導(dǎo)電性能，增強(qiáng)了Cu膜與邊緣位點之間的電子傳遞，顯著提高了電子的注入效率。

基于實驗和計算結(jié)果，催化劑優(yōu)異的性能可以歸因于：

（1）納米級的MoS ₂ 有助于提供豐富的活性位點，三維結(jié)構(gòu)有助于增加暴露的活性邊緣位點的密度；

（2）MoS ₂ 的2H相向1T相得轉(zhuǎn)變和源于MoS ₂ 周圍RGO的電荷轉(zhuǎn)移電阻的降低，均有利于提升催化劑的HER動力學(xué)；

（3）RGO中間層與MoS ₂ 接觸的Cu膜允許電極向MoS ₂ 有效的電子注入。

這項工作為設(shè)計和制備具有良好HER活性的過渡金屬硫化物基電催化劑提供了一種簡便和可擴(kuò)展的方法。

Inkjet-printed MoS ₂ -based 3D-structured electrocatalysts on Cu films for ultra-efficient hydrogen evolution reaction, Chemical Engineering Journal , 2023 , DOI: 10.1016/j.cej.2023.141289.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141289.