非晶態(tài)硫化鉬-碳納米管的制備及其電催化析氫性能研究.pdf

1、開發(fā)具有經(jīng)濟(jì)效益的高催化活性和優(yōu)異穩(wěn)定性的電催化劑來(lái)催化析氫反應(yīng)(Hydrogen Evolution Reaction，HER)在現(xiàn)代氫經(jīng)濟(jì)中扮演著重要的角色。近年來(lái)，簡(jiǎn)單和溫和的制備方法以及低成本的前體材料使得非晶態(tài)硫化鉬(MoSx)成為催化HER中最有希望替代鉑基催化劑的材料之一，特別是在酸性電解質(zhì)中。然而，MoSx結(jié)晶性差，導(dǎo)致其在酸性電解質(zhì)中有相對(duì)較高的溶解度和較差的電化學(xué)穩(wěn)定性。MoSx材料本身固有的低電導(dǎo)率抑制了有效的電子

2、轉(zhuǎn)移過(guò)程，這進(jìn)一步增加了提高催化HER性能的難度。到目前為止，開發(fā)出一種可工業(yè)化生產(chǎn)的合成方法，制備具有豐富活性位點(diǎn)的同時(shí)有效提高電荷轉(zhuǎn)移的MoSx電催化劑來(lái)長(zhǎng)時(shí)間高效穩(wěn)定地催化HER進(jìn)行仍是比較困難的。
　　在本論文中，我們采用一種簡(jiǎn)單的超聲噴霧熱分解(Ultrasonic SprayPyrolysis，USP)方法合成非晶態(tài)硫化鉬和碳納米管的復(fù)合材料(MoSx/CNTs)來(lái)作為HER催化劑，其中MoSx緊密地包裹著扭曲纏繞的C

3、NTs納米球。USP合成速度快，過(guò)程連續(xù)，適合大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)高效，產(chǎn)物品質(zhì)高。首先，我們研究熱分解溫度、(NH4)2MoS4/CNTs比例和前體溶液濃度對(duì)催化劑催化性能的影響，發(fā)現(xiàn)具有最佳協(xié)同結(jié)構(gòu)的MoSx/CNTs納米球只需施加168 mV的過(guò)電壓，其電流密度就能達(dá)到10 mA/cm2，具有極小的塔菲爾斜率，為36 mV/dec。其次，對(duì)MoSx/CNTs納米球的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)富有不飽和硫原子的MoSx緊密包裹著三維CNT

4、s網(wǎng)狀納米球。進(jìn)一步的X射線光電子能譜測(cè)試表明，MoSx和CNTs之間的相互作用不僅有助于HER過(guò)程中電荷的轉(zhuǎn)移，而且穩(wěn)定大部分活性位點(diǎn)以提高穩(wěn)定性。另外，探究熱分解溫度對(duì)MoSx/CNTs納米球的結(jié)構(gòu)和催化性能的影響，我們發(fā)現(xiàn)MoSx/CNTs納米球的催化活性與MoSx中具有較高結(jié)合能硫原子的百分比含量呈正相關(guān)。相比常規(guī)溶劑熱法，USP制備得到的MoSx/CNTs納米球催化劑由于三維導(dǎo)電網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和富有不飽和硫原子而具有優(yōu)異的催化性能。