開發(fā)優(yōu)良而廉價(jià)的電解水催化劑對(duì)氫能的應(yīng)用具有重要意義。這里，開發(fā)了一種高效、穩(wěn)定的析氧（OER）催化劑，它具有多層堆疊的雜化結(jié)構(gòu)，即垂直石墨烯納米片（VGSs），MoS2納米片和層狀FeCoNi氫氧化物（FeCoNi(OH)x）依次生長在碳纖維上。該雜化催化劑具有出色的OER性能，在500和1000 mA cm-2的大電流密度下，僅需要較低的過電勢（分別為225和241 mV），還顯示出很小的Tafel斜率。理論計(jì)算表明，F(xiàn)eCoNi(OH)x與MoS2的復(fù)合可產(chǎn)生有利的電子結(jié)構(gòu)，降低OER過電位，以促進(jìn)電催化活性。使用CF/VGSs/MoS2/ FeCoNi(OH)x作為陽極，組裝成堿性的水電解槽，研究其全電解水性質(zhì)，在1.59 V時(shí)實(shí)現(xiàn)了100 mA cm-2的電流密度，100小時(shí)電解測試中電流幾乎無衰減，具有出色的穩(wěn)定性，這證實(shí)了所制備的高效催化劑在水電解領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
Figure 1. 樣品制備過程示意圖。a–d CF/VMFO的制備步驟。e 由CF/VMFO制備成CF/VMFP的過程。
Figure 2.不同樣品的SEM圖像。a CF/VGS，b CF/VGSs/MoS2，c CF/VMFO，d CF/VMFP的SEM圖像。
Figure 3. 不同樣品的TEM表征。a-c MoS2/FeCoNi(OH)x的TEM圖像。d MoS2/FeCoNi(OH)x的元素映射。e–g MoS2/FeCoNiPx在不同放大倍數(shù)下的TEM圖像。b，f中的插圖是相應(yīng)的SAED模式。
Figure 4. 不同樣品的拉曼光譜，XRD圖譜，XPS光譜和XANES光譜。a拉曼光譜VMFO。b-c不同樣品的XRD圖譜。（d-f）Fe 2p，Co 2p和Ni 2p XPS光譜。 g–i所制備的樣品以及標(biāo)準(zhǔn)樣品經(jīng)歸一化后的Fe，Co和Ni K邊緣XANES光譜。
Figure 5. 不同樣品在1 M KOH中測試的OER性能。a LSV曲線。b Tafel圖。c不同掃描速率下的電容電流。d CF/VMFO在250和500 mA cm-2時(shí)隨時(shí)間變化的過電勢曲線。
該研究工作由哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳校區(qū)）Yejun Qiu和 Jie Yu課題組于2021年發(fā)表在Nature Communications期刊上。原文：Graphene/MoS2/FeCoNi(OH)x and Graphene/MoS2/FeCoNiPx multilayer-stacked vertical nanosheets on carbon fibers for highly efficient overall water splitting。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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