近年来，在能源领域已经进行了许多不同的研究工作，尤其是可再生能源的转换和存储技术，例如水分解，金属空气电池和燃料电池，以满足不久的将来对绿色环保的迫切需求。这些技术主要通过三个主要的HER，OER和ORR反应来实现。不幸的是，这些反应的动力学缓慢和高过电位导致相关能量系统的实际效率比理论效率差很多，因此需要高效的电催化剂。因此，设计满足HER，OER和ORR的成本效益，高催化效率和良好稳定性要求的替代多功能电催化剂是一项重要的任务，但是迄今为止仍然是巨大的挑战。杂原子掺杂工程已经成为提高电催化效率的一种引人入胜的策略。

有鉴于此，全北国立大学Joong Hee Lee和Nam HoonKim等人，发展了一种多重过渡金属掺杂方法，通过将Co和Nb掺入直接生长在微型TiO₂空心球体（Co，Nb-MoS₂/TiO₂ HSs）上的分层MoS₂超薄纳米片中以促进析氢(HER)、析氧反应(OER)和氧还原反应(ORR)。

本文要点

1）开发了一种新型的多壳空心结构，其中包含直接生长在TiO₂空心微球上的Co和Nb双掺杂MoS₂ NSs（称为Co，Nb-MoS₂/TiO₂ HSs），作为高活性和高性价比的多功能电催化剂。

2）表面附着有超薄NS的球形空心结构可以扩大电解质/反应物的接触面积，促进电解质/反应物-电极的扩散/渗透过程，并增强电荷转移能力。另外，Co，Nb双掺杂调节了MoS₂的独特电子结构，从而改善了固有催化活性并增强了电化学活性表面积（ECSA）。此外，TiO₂空心球内部与界面处的Co，Nb-MoS₂外层之间的强电子相互作用显着提高了电导率，从而为降低电化学反应过电位提供了有利的动力学条件。

3）因此，Co,Nb-MoS₂/TiO₂ HSs催化剂表现出了非凡的活性和稳定性，在10 mA cm^-2时，HER和OER的过电位分别为58.8 mV和260.0 mV。当在电解槽中同时用作阴极和阳极电极时，催化剂需要1.57 V的工作电压才能达到10 mA cm^-2。该催化剂还显示出ORR的巨大潜力，具有0.96 V的高起始电位和0.87 V的半波电位，以及直接四电子转移过程。此外，该催化剂在ORR条件下显示出良好的稳定性，在60000 s后的电流密度保持率为96.65％，并且具有优异的耐醇性，甚至优于市售的Pt/C催化剂。

参考文献：

Dinh Chuong Nguyen et al. Hierarchical Co and Nb Dual-doped MoS₂ Nanosheets Shelled Micro-TiO₂ Hollow Spheres as Effective Multifunctional Electrocatalysts for HER, OER, and ORR. Nano Energy, 2021.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.105750

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105750