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      多組分3D多孔結構是用于眾多應用的有希望的分層材料。本文中，我們證明了MoS₂在具有可變孔徑的石墨烯泡沫上的原子層沉積（ALD）是一種有前途的方法，可用于制備復雜的3D異質結構，用作氫析出反應（HER）的電催化劑。研究了MoS₂結晶度的影響，并建立了非晶態MoS₂涂層中自然存在的高密度缺陷與800°C退火后獲得的高結晶相之間的權衡。具體而言，在500°C的最佳退火性能可改善催化性能，其中過電勢為180 mV，Tafel斜率較低，為47 mV dec^-1，交換電流為17 μA cm^-2。ALD沉積是高度保形的，因此在涂覆具有小孔徑的3D多孔結構時具有優勢，這是實際應用程序所需的。這種方法可以通過調節退火溫度，在具有受控結晶度的多孔結構上沉積保形薄膜實現。因此，此處介紹的結果可作為有效的通用平臺，用于設計化學和結構可調、無粘合劑、復雜、輕便且高效的3D多孔異質結構，用于催化、儲能、復合材料、傳感器、水治療等等。
 
Figure 1. 多層石墨烯（MLF）泡沫的形成：（a）形成低密度（LD）泡沫的示意圖。（b-c）MLG涂在泡沫鎳上的SEM圖像。（d）和（e）在蝕刻Ni之后相同泡沫的SEM圖像。（d）中的插圖：無泡沫鎳的光學圖像。（f）組裝高密度（HD）泡沫的示意圖。（g–j）獨立HD-GF的SEM圖像。
 

Figure 2. 3D MoS₂/GFs異質結構的特征：（a）透鏡內和（b）背向散射電子（BSE）拍攝的SEM圖像。（c,d）HD-800樣品的SEM圖像。（e）插圖中所示區域的EDS映射。（f）HD-500樣品的HRTEM。（g,h）分析（f）中的層距離。（i）LD-800樣品的HRTEM。（j）（i）中的選擇區域電子衍射。
 

Figure 3. 氫氣析出反應（HER）測量：（a）LD和（b）HD樣品的極化曲線（硫化溫度不斷變化）。（c）和（d）根據（a）和（b）計算出的Tafel斜率。
 

Figure 4. 退火溫度的影響和催化劑的穩定性：（a-c）塔菲爾斜率、過電勢和交換電流隨硫化溫度的變化而變化。（d）穩定性測試，初始（黑色）、1200個循環（藍色）和3000個循環（紅色）時的極化曲線。
 
     相關研究成果于2020年由特拉維夫大學Ariel Ismach課題組，發表在Nanoscale（DOI: 10.1039/c9nr09564k）上。原文：Light and complex 3D MoS₂/graphene heterostructures as efficient catalysts for the hydrogen evolution reaction。

摘自《石墨烯雜志》公眾號：