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尖晶石型过渡金属硫化物CuCo2S4与MoS2复合材料的制备及电催化析氢性能

2021-04-17王春茹韩冬雪

高等学校化学学报 2021年4期

张 楠,韩 阔,李 悦,王春茹,赵 凤,韩冬雪,牛 利

(1.中国石油大学(北京)理学院,重质油国家重点实验室,北京102249;2.广州大学分析科学技术研究中心,化学化工学院,广州510006)

氢能对于缓解能源危机和环境污染具有重要意义[1]. 电解水制氢技术生产过程清洁,并且可以联合风能、太阳能发电,转化为可存储的氢能. 因此,发展电解水制氢技术具有重大战略意义,而研发高效低成本的电解水制氢催化剂是该项技术的关键部分[2]. MoS2被认为是极有希望代替最佳析氢电催化剂Pt的廉价过渡金属基催化材料[3]. 然而MoS2存在导电性较差[4],仅二维片层的边缘具有活性而与电解液接触的活性位点数量有限[5],对水分子的吸附和解离能垒较高导致碱性环境下的催化活性较低[6]等缺点.

尖晶石型过渡金属硫化物CuCo2S4由于具有较高的导电能力[7],被广泛用于电化学领域的研究[8~10]. 因此MoS2与CuCo2S4复合有望提高其电子传导效率并提升电催化活性. 其次CuCo2S4可塑性较高,可被调控为多种微观形貌的纳米结构(如纳米棒、纳米片等)[11]. 基于此,可通过设计具有特殊形貌和多级结构的CuCo2S4与MoS2复合物,进而提高其暴露的活性位点数量. 最后,由于CuCo2S4的水吸附能(−0.39 eV[12])低于MoS2的(−0.17 eV[5]),展现出更强的水分子的吸附能力;此外,CuCo2S4作为高活性析氧(OER)催化剂[13,14]有望促进水分子的吸附和解离,从而加快碱中的析氢反应动力学.

基于此,本文以具有高导电性和大负载面积的泡沫镍为三维多孔基底,构造了MoS2纳米片原位生长于CuCo2S4纳米棒上的多……

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