具有高表面電荷密度的Nb4N5-xOx-MoS2異質(zhì)催化劑促進(jìn)高性能產(chǎn)氫
發(fā)布時間：2020-09-03 作者：harry 分享到：
目前，大部分理想的催化劑（如Pt）可以在強(qiáng)酸性條件下發(fā)揮良好的效果，但是在堿性溶液中，由于水電解反應(yīng)動力學(xué)緩慢，導(dǎo)致Pt-基催化劑的HER效率比酸性介質(zhì)低2-3個數(shù)量級。而實(shí)際應(yīng)用中很多時候溶液是堿性的，因此，開發(fā)**、不含貴金屬、耐用的堿性電催化劑對實(shí)際應(yīng)用具有**的挑戰(zhàn)與迫切性。二硫化鉬（MoS2）是一種**的二維層狀各向異性材料，由于其吸附H (ΔG(H))自由能的優(yōu)化，已成為鉑族金屬的一種很有前途的替代品。塊狀MoS2在酸性溶液中由于活性中心密度低和電輸運(yùn)性能差，其電化學(xué)性能不理想。此外，MoS2的初始水吸附效率一般較低，OH-在表面的過度結(jié)合導(dǎo)致其在堿性介質(zhì)中的HER動力學(xué)緩慢，**了H2的生成。因此促進(jìn)MoS2的水吸附和提高其本征電導(dǎo)率是提高M(jìn)oS2基催化劑電催化制氫性能的關(guān)鍵。近年來，具有協(xié)同促進(jìn)反應(yīng)動力學(xué)的非均相納米結(jié)構(gòu)因其電子重構(gòu)而受到越來越多的關(guān)注，這種重構(gòu)的材料的性能遠(yuǎn)優(yōu)于其單組分的對應(yīng)物。非均相電催化通常涉及從催化劑表面到被吸附物種的電荷轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移效率主要取決于電催化劑的表面電荷密度。因此，將導(dǎo)電電子供體材料與電子受體MoS2結(jié)合可以產(chǎn)生強(qiáng)的電子重組，**提升提高雜化材料的內(nèi)在活性。氮氧化鈮具有類似于VIII族貴金屬的高密度態(tài)，**的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性，被認(rèn)為是有前途的候選電子給體材料之一。因此，綜合MoS2和氮氧化鈮的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)建具有強(qiáng)電子耦合效應(yīng)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料有望**地提升其電催化活性。近日，山西大學(xué)范修軍教授、山西師范大學(xué)張獻(xiàn)明教授（共同通訊作者）等人在ACS Nano上發(fā)表了題為“Covalently Connected Nb4N5-xOx-MoS2 Heterocatalysts with Desired Electron Density to Boost Hydrogen Evolution”的文章。該研究采用水熱法和化學(xué)氣相沉積法（CVD）在N摻雜石墨烯上合成了Nb4N5-xOx-MoS2異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料。在CVD過程中，MoS2納米片被蝕刻成小塊，并與Nb4N5-xOx共價連接，形成精細(xì)的Nb4N5-xOx-MoS2/NG異質(zhì)結(jié)構(gòu)，具有豐富的界面和完全暴露的邊緣活性位。Nb4N5-xOx-MoS2/NG異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料具有豐富的電子密度，并且對H和水均表現(xiàn)出良好的化學(xué)吸附能力，**提高了其內(nèi)在活性。同時，該異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料和N摻雜石墨烯的化學(xué)耦合也**提升了納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保證了電子的快速轉(zhuǎn)移的同時進(jìn)一步促進(jìn)了催化材料的產(chǎn)氫效率和穩(wěn)定性。圖1 Nb4N5-xOx-MoS2異質(zhì)材料的合成與表征1圖2 Nb4N5-xOx-MoS2異質(zhì)材料的合成與表征2本文采用水熱法和化學(xué)氣相沉積法合成了一種多孔Nb4N5-xOx-MoS2/NG納米復(fù)合材料，其中MoS2納米片被蝕刻并與Nb4N5-xOx共價連接，形成了具有豐富缺陷的精細(xì)Nb4N5-xOx-MoS2/NG異質(zhì)結(jié)構(gòu)。Nb4N5-xOx-MoS2/NG異質(zhì)結(jié)構(gòu)與NG片之間的化學(xué)耦合保證了其導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。Nb4N5-xOx-MoS2/NG納米復(fù)合材料在酸性（低η10=39 mV， Tafel斜率為30 mV dec-1）和堿性（η10=67 mV，Tafel斜率為44 mV dec-1）介質(zhì)中具有豐富的活性位點(diǎn)，顯示出**的穩(wěn)定性和活性。超高的HER活性是由于Nb4N5-xOx-MoS2/NG復(fù)合材料中含有豐富的電子和共價連接的Nb-(N,S)-Mo界面，優(yōu)化了ΔG(H)，提高了水的吸附性能。因此，本工作對Nb4N5-xOx-MoS2強(qiáng)電子耦合的探索和理解，為開發(fā)低成本、**、穩(wěn)定的可再生能源催化劑提供了一個有希望的方向。文獻(xiàn)鏈接：Covalently Connected Nb4N5-xOx-MoS2 Heterocatalysts with Desired Electron Density to Boost Hydrogen Evolution, 2020, ACS Nano, DOI: 10.1021/acsnano.0c01072.
齊岳微信公眾號
官方微信
庫存查詢