亓鈞雷教授Adv. Sci. :富含缺陷的異質MoS2/NiS2納米片的電催化劑可實現高效的水分解

【前言】

設計和構建雙功能電催化劑對水分解至關重要。特別是，合理的界面調控可以有效地修飾活性位點，促進電子傳輸，從而提高分裂效率。在此，設計了用于整體水分解的自支撐且缺陷豐富的異質MoS₂/NiS₂納米片。MoS₂/NiS₂中豐富的異質界面不僅可以提供豐富的電活性位點，還可以促進電子轉移，進一步協同作用于電催化反應。因此，理想的MoS₂/NiS₂納米片作為用于整體水分解的雙功能電催化劑可提高電催化性能。該研究可為合理構建異質界面開辟一條新途徑，使其電化學性能最大化，這可能有助于加速非貴重電催化劑整體水分解的發展。

【成果簡介】

最近，哈爾濱工業大學亓鈞雷教授領導的科研團隊在國際知名期刊Advanced Science 上發表了題為Defect-Rich Heterogeneous MoS₂/NiS₂ Nanosheets Electrocatalysts for Effcient Overall Water Splitting的文章。在這項工作中，研究團隊成功地在碳布上直接構建了富含缺陷的異質MoS₂/NiS₂納米片，并研究了界面結構對電催化性能的影響。高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）證實了具有無序結構缺陷豐富的界面，X射線光電子能譜（XPS）進一步證明了MoS₂和NiS₂之間的界面增強效應。因此，對于HER和OER，最佳的MoS₂/NiS₂納米片分別在10mA cm^-2下呈現62和278mV的低過電位。此外，對于整體水分解，最佳MoS₂/NiS₂納米片在10mA cm^-2下表現出1.59V的電壓以及良好的穩定性。

【圖文導讀】

圖1. 合成示意圖

缺陷豐富的異質MoS2/NiS2納米片的合成示意圖。

圖2. 材料的物理表征

a)所得樣品XRD圖譜。b) MoS₂/NiS₂-3納米片的SEM圖像。c-g) MoS₂/NiS₂-3納米片的TEM和HRTEM圖像。h) MoS₂/NiS₂-3納米片中對應的元素分布。（MoS₂/NiS₂-3是升華硫為200 mg時進行硫化時所得到的樣品）

圖3. 拉曼和XPS表征

1. a) MoS2/NiS2-3納米片的拉曼光譜。b) Ni 2p在MoS2/NiS2-3和NiS2中的高分辨XPS產物，c) Mo 3d和d) S 2p在MoS2/NiS2-3納米片中的高分辨XPS圖譜。

圖4.析氫產氧性能測試

a)析氫極化曲線，b)對應析氫樣品的Tafel圖。C) MoS2/NiS2-3 納米片HER的計時電位曲線。d)產氧極化曲線和e) 對應產氧樣品的Tafel圖。f) MoS2/NiS2-3納米片OER的時電位曲線。

圖5. 全解水性能

a)最優MoS₂/NiS₂納米片和RuO2//Pt/C全解水的極化曲線。b)計算的全解水電位與實測全解水電位的比較。c)文獻中最優的MoS₂/NiS₂納米片與其他電催化劑的全解水性能比較。d)最佳MoS₂/NiS₂納米片電解水的計時電位曲線。

【實驗步驟】

10 mmol Ni(NO3)2·6H2O, 1.43 mmol (NH4)6Mo7O24·4H2O 和20 mmol 環六亞甲基四胺溶解于80 mL去離子水中，攪拌兩個小時。混合溶液和一塊處理過的碳布（2 × 5 cm²）轉移到100 mL反應釜中，150^oC反應12小時，得到前驅物，前驅物用水和乙醇沖洗幾次，八十度烘干。然后不同質量的升華硫和前驅物放入管式爐中硫化，5^oC/min，400^oC保持一個小時，自然降溫得到MoS₂/NiS₂。

【結論】

綜上所述，我們成功地設計和制備了自支撐的、缺陷豐富的異質MoS₂/NiS₂納米片，并將其作為整體水裂解的雙功能電催化劑。所得到的具有豐富缺陷和無序結構的MoS₂/NiS₂界面可以修飾電子相互作用，促進電子的生成，有利于電催化反應的進行。此外，具有豐富納米孔的無粘結納米片陣列還可以通過提供豐富的電活性位點和更易于從納米片中釋放氣體，從而提高材料的HER和ORE性能。因此，在電流密度為10mA cm^-2時，最優的MoS₂/NiS₂納米片同時作為陰極和陽極電極，其電壓為1.59 V，穩定性良好。因此，合理構造和理解異質界面是一種很有前途的非貴金屬電催化劑的整體水裂解方法。

文獻鏈接:?Defect-Rich Heterogeneous MoS₂/NiS₂ Nanosheets Electrocatalysts for Effcient Overall Water Splitting

本文由材料人編輯luna編譯供稿，材料牛整理編輯。

投稿郵箱tougao@cailiaoren.com

投稿以及內容合作可加微信cailiaorenvip