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WS2/C复合材料的制备及其电催化析氢性能研究

2021-10-12史春薇余宗宝武宏大耿忠兴任铁强杨占旭

燃料化学学报 2021年9期
关键词:复合材料催化剂结构

万 磊 ,史春薇 ,余宗宝 ,武宏大 ,肖 伟 ,耿忠兴 ,任铁强 ,杨占旭

(辽宁石油化工大学 石油化工学院,辽宁 抚顺 113001)

随着化石燃料的枯竭和环境问题的日益严重,开发可再生和可持续的替代能源已引起了研究者的广泛研究[1–3]。氢是一种重要的绿色能源,具有可再生性、资源丰富、无污染等特点,因此,成为清洁能源领域的研究热点[4–7]。现阶段,在众多制备氢气的方法中[8–10],电解水制氢是一种极具发展前景的制氢方法,因其具有高效、零排放等优点而被广泛使用。

目前,在电解水制氢反应中性能最佳的催化剂是贵金属Pt[11, 12],但由于稀缺性和成本高等缺点限制其在电解水制氢方向的应用。以过渡金属硫化物为代表的非贵金属材料相比贵金属催化剂廉价易得,有助于实现其大规模的应用。目前, 二硫化钼析氢催化剂被认为是发展前景较好的催化剂之一[13, 14],MoS2边缘的氢原子吸附自由能与金属Pt的很接近,这为MoS2作为一种有效的氢析出电催化剂提供了可能。WS2与MoS2具有相似的六方密堆的层状结构,但WS2的层间距比MoS2大,且WS2的热稳定性比MoS2更好[15],在催化HER反应中表现出不错的催化活性。因此,近几年WS2材料受到世界各国学者的广泛关注。Pan等[16]通过在WS2上掺杂Te制备了垂直排列的WS2纳米电极。在酸性溶液中,10 mA/cm2的过电位为213 mV。Tian等[17]通过一种简单的锂插层剥离法制备了WS2纳米片,具有较强的电催化析氢性能。所得的WS2纳米片横向尺寸较大,晶格结构良好,无化学杂质残留。在10 mA/cm2时,过电势约为 320 mV。

然而二硫化钨层间的范德华力作用易导致其大量团聚,降低了活性位点的数量,从而降低了电催化活性。……

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