1T相二硫化钼的制备及其电化学析氢性能研究

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氢气作为一种理想的清洁能源,具有广泛的应用前景。电解水产氢是一种极具发展潜力的产氢方式。铂基催化剂作为一种高效的析氢催化剂,其过电位几乎为零。但是,其高昂的价格和稀缺的储量极大地限制了其大规模应用。因此,开发低成本、高效率的非贵金属基催化剂极为重要。纳米结构的二硫化钼(Mo S2)由于其价格低廉、催化效率高,是极具发展潜力的非铂基析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)催化剂。其中,1T-Mo S2的催化活性位点由于不局限于Mo S2的边缘位置,其基面的活性位点也被激活,因此具有较高HER催化活性。然而1T相很不稳定,易于转化成更稳定的2H相,因此,如何制备稳定的1T相且不发生相变尤为重要。本论文通过溶剂热法制备了稳定的1T-Mo S2,同时对所得材料的结构、形貌及机理进行了分析,并研究了1T-Mo S2的析氢反应催化性能。论文的主要研究内容及结果如下:1.采用还原氧化石墨烯(RGO)辅助的水热法制备了Mo S2/RGO复合材料,通过调节反应温度调控了Mo S2/RGO复合材料中Mo S2的1T相与2H相的比例。其中,180 oC制备的Mo S2/RGO复合材料中1T相的含量最高,可达80%。同时该材料也表现出优异的析氢反应催化活性,在电流密度为-10 m A cm-2时,过电位为213 m V(vs.RHE),Tafel斜率为43 m V dce-1。样品放置90天后并未发生相变,性能无明显衰减,这是由于RGO与Mo S2之间生成的Mo-O键可以有效阻止1T-Mo S2发生相变。2.采用水热法制备了疏松有序组装的MoO3,将其硫化后得到了组装的1T-Mo S2,且硫化前后组装的形貌未发生改变。探究了组装体和晶相对催化活性的影响,通过XPS表征发现1T-Mo S2组装体中1T相的含量为78%。组装的1T-Mo S2不仅充分暴露了边缘活性位点,而且在生成1T相的同时基面的活性位点也被激活,因此具有较好的HER催化性能。在电流密度为-10 m A cm-2时,过电位为196 m V(vs.RHE),Tafel斜率为48 m V dce-1。样品放置90天后1T-Mo S2组装体未发生相变,性能无明显衰减,说明组装形成的超结构对稳定1T-Mo S2的晶相起着至关重要的作用。3.以制备的Mo-MOF作为前驱体,通过煅烧形成α-MoO3,根据MoO3具备的八面体配位构型使其在硫化后形成同样具有八面体配位构型的1T-Mo S2。研究了1T-Mo S2的形貌、结构、组成以及电催化析氢反应性能。所得1T-Mo S2表现出较好的电催化活性,在电流密度为-10 m A cm-2时,过电位为254 m V,其Tafel斜率为58 m V dce-1,循环1000圈后过电位(-10 m A cm-2)仅增大9 m V,表明其稳定性良好。同时,90天后1T-Mo S2未发生相变,性能无明显衰减。
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