层状MoS2纳米结构析氢性能研究

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二维层状过渡硫属化合物MoS2纳米材料具有丰富的催化活性位点和适合的吉布斯自由能以及大小可调的能带间隙等特点,使得其在光电化学水解性能和电化学析氢性能方面具有广泛的应用。本文制备了1T和2H相混合的ZnO/MoS2纳米电缆阵列以及混合相MoS2纳米管阵列,作为光电化学水解的光阳极材料和电化学析氢的催化材料,研究两者制备氢气的性能,主要研究结果如下:1.本论文以ZnO纳米棒阵列为模板,通过简单溶剂热的方法制备了ZnO/MoS2纳米电缆阵列,MoS2纳米片堆积在ZnO纳米棒上形成核壳结构,相对于单独的ZnO纳米棒阵列和MoS2纳米管阵列,该纳米电缆阵列在光电化学水分解表现出良好的性能。在0.9 V的偏压下(参比电极为饱和甘汞),ZnO/MoS2纳米电缆阵列光电流密度较大为1.39 mA cm-2,显著高于MoS2纳米管阵列的光电流密度(0.66 mA cm-2)和ZnO纳米棒阵列的光电流密度(0.11 mA cm-2)。核壳纳米电缆阵列作为光阳极材料具有以下特点:(i)ZnO核层的纳米棒阵列是一种电子快速传输的有效路径,(ii)该纳米结构在接触表面形成了异质结,在光照下,光产生的电子-空穴对能够很好的传输到接触面的另一侧,提高了电子空穴对德分离并且降低了电子空穴对的符合。2.将上述的纳米电缆阵列通过稀硫酸处理,溶解ZnO纳米棒的核层,形成了MoS2纳米管阵列。新鲜制备MoS2纳米管阵列具有1T相和2H混合的特性,该纳米管是由片状的MoS2组装的,该纳米管阵列作为高效的电催化析氢材料具有以下优点:(i)新制备混合相MoS2纳米管阵列中呈现的1T相在电催化过程中提高了导电性能,(ii)该MoS2纳米管阵列生长在导电基片上,为一种不添加粘结剂的催化材料,避免了绝缘Nafion粘结剂使用,(iii)MoS2纳米片诱导式结构导致层间距扩大,获得了最大化氢吸附自由能(?GH),有利于氢的快速吸附和释放过程。实验结果表明,新制备混合相MoS2纳米管阵列具有杰出的析氢性能,具有较低起始电压(103 mV),较低塔菲亚斜率(45 mV dec-1)。电压为300 mV时,新制备混合相MoS2纳米管阵列具有较大的电流密为33.8 mA cm-2,显著高于退火后MoS2电流密度(10.7 mA cm-2)和反应釜底部自由生长MoS2纳米管电流密度(5.5 mA cm-2)。
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