設(shè)計(jì)了一種由Co單原子錨定/氮、硫共摻雜碳納米管(CoSAs-NS-CNTs)組成的多組分3D單片電極。同時(shí)在在碳布(CC)表面裝飾超薄的MoS
2納米片和超小內(nèi)限CoS2納米點(diǎn)(MoS
2/CoSAs-NS-CNTs@CoS
2/CC)形成雙界面雜化異質(zhì)結(jié)電極作為矢量電子傳遞途徑，促進(jìn)電催化性能。均勻分布的MoS
2納米片和與Co單原子連接的CoS
2納米點(diǎn)的整合，錨定/N, S共摻雜CNTs，賦予了豐富的多個(gè)活性位點(diǎn)和優(yōu)異的導(dǎo)電性。降移的d帶中心具有良好的熱力學(xué)吸附自由能(ΔGH*)，可有效催化析氫反應(yīng)(HER)。結(jié)果表明，最佳MoS
2/ CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC電極在10 mA cm
-2下的過電位分別為72 mV和56 mV，在酸性和堿性溶液中Tafel斜率分別為59.4 mV和43.2 mV 12
-1。表現(xiàn)優(yōu)于大多數(shù)先前報(bào)道的鉬/鈷硫化基電催化劑。電極在5000 CV循環(huán)后活性略有下降，電解20 h后電流密度幾乎沒有衰減，表現(xiàn)出良好的耐久性和穩(wěn)定性。
圖1 (a)反應(yīng)每一步后Co-LHSs/CC、CoSAs-N-CNTs@Co/CC、CoSAs-N-CNTs@Co
3O
4/CC、MoS
2/CoSA-NS-CNTs@CoS
2/CC的構(gòu)建示意圖; (b和c) Co-LHs/CC， (d和e) CoSAs-N-CNTs@Co/CC， (f和g) CoSAs-N-CNTs@Co
3O
4/CC，和(h和i) MoS
2/ CoSA- NS-CNTs @ CoS
2/CC的SEM圖像。
圖2 (a-b) TEM， (c) HERTEM， (d) MoS
2/CoSAs-NS-CNTs@CoS
2的HAADF-STEM圖像，(e-i)對應(yīng)的元素映射;(j)像差校正的HAADF-STEM圖像，顯示了MoS
2/CoSAs-NS-CNTs@CoS
2的CoSAs-NS-CNTs中Co單原子的形成;(k) MoS
2/CoSAs-NSCNTs@ CoS
2的EDX結(jié)果;(l) (i) MoS
2/CoSAs-NS-CNTs@CoS
2/CC、(ii) CoSAs-NS-CNTs@CoS
2/CC、(iii) CoSAs-N-CNTs@Co
3O
4/CC、(iv) CoSAs-N-CNTs@Co/CC的XRD譜圖和(m)拉曼光譜。
圖3 (i) MoS
2/CoSAs-NS-CNTs@CoS
2/CC， (ii) MoS
2/CoSAs-NS-CNTs/CC和(iii) MoS
2/CC的(a) Mo 3d和(b) S 2p的高分辨率XPS光譜;(i) MoS
2/CoSAs-NS-CNTs@CoS
2/CC， (iv) CoSAs-NS-CNTs@CoS
2/CC和(v) CoS
2/CC的(c) Co 2p和(d) S 2p的高分辨率XPS光譜;(i) MoS
2/CoSAs-NS-CNTs@CoS
2/CC， (ii) MoS
2/CoSAs-NS-CNTs/CC (iv) CoSAs-NS-CNTs@CoS
2/CC，和(vi) CoSAs-NS-CNTs@Co/CC的(e) N 1s的高分辨率XPS光譜;對于(i) MoS
2/CoSAs-NS-CNTs@CoS
2/CC， (ii) MoS
2/CoSAs-NS-CNTs/CC和(iv) CoSAs-NS-CNTs@CoS
2/CC， (f) C 1s的高分辨率XPS光譜。
圖4. LSV曲線(i)MoS
2/ CoSAs-NS-CNTs@CoS
2/ CC, (ii) MoS
2/ CoSAs-NS-CNTs / CC, (iii) MoS
2/ CC (iv) CoSAs-NS-CNTs@CoS
2 / CC (v) CoS
2 / CC (vi) CoSAs-NCNTs@Co/ CC(七)CoSAs-N-CNTs / CC, Pt / C(八)20%,并在(a) (ix)裸露的CC H
2SO
4和(d) 0.5米和1.0米KOH電解質(zhì);(b和e) (a和d)中測試電極對應(yīng)的Tafel圖;在(c) 0.5 M H
2SO
4和(f) 1.0 M KOH電解質(zhì)中，MoS
2/CoSAs-NS-CNTs@CoS
2/CC電極5000 CV循環(huán)前后的HER極化曲線。(c和f)中的插圖分別為MoS
2/CoSAs-NS-CNTs@CoS
2/CC電極在0.5 M H
2SO
4和1.0 M KOH電解質(zhì)中，75 mV和60 mV靜態(tài)過電位作用20 h時(shí)的電流密度隨時(shí)間變化的曲線。計(jì)算(實(shí)線)和測量(紅點(diǎn))不同反應(yīng)時(shí)間下MoS
2/CoSAs-NS-CNTs@CoS
2/CC電極在0.5 M H
2SO
4中過電位72 mV (g)和1.0 M KOH中過電位56 mV (h)的氫量。
圖5 (a)不同表面模型MoS
2、MoS
2/Co
1-NSC、CoS
2、Co
1-NSC@CoS
2和MoS
2/Co
1-NSC@CoS
2上H原子吸附的側(cè)視圖結(jié)構(gòu);(b)各種模型的自由能圖和平衡勢;(c)用彩色字體標(biāo)注MoS
2、MoS
2/Co
1-NSC、MoS
2/Co
1-NSC@CoS
2中Mo原子d軌道的偏電子態(tài)密度(pDOS)， CoS
2、Co
1-NSC@CoS
2、MoS
2/Co
1-NSC@CoS
2中Co原子以及Mo和Co原子對應(yīng)的d能帶中心;(d) MoS
2/Co1-NSC、Co
1-NSC@CoS
2和MoS
2/Co
1-NSC@CoS
2模型中MoS
2或碳層的電荷密度差，紅色和藍(lán)色區(qū)域代表電荷積累和消耗，等表面值為0.005 e Å
-3
圖6 在MoS
2/CoSA-NS-CNTs@CoS2/CC中降低d帶中心和電荷轉(zhuǎn)移的示意圖。
內(nèi)蒙古大學(xué)Rui Gao，Jun Zhang和南開大學(xué)Yaping Du等人于2021年發(fā)表在Applied Catalysis B: Environmental（https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120630）上。原文：Hybrid heterojunction of molybdenum disulfide/single cobalt atoms anchored nitrogen, sulfur-doped carbon nanotube /cobalt disulfide with multiple active sites for highly efficient hydrogen evolution。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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