Nature Communications:石墨烯/MoS2/FeCoNi(OH)x和石墨烯/MoS2/FeCoNiPx多层堆叠的碳纤维垂直纳米片用于高效全水分解
Nanoyu Nanoyu 2021-03-02

Nature Communications:石墨烯/MoS2/FeCoNi(OH)x和石墨烯/MoS2/FeCoNiPx多层堆叠的碳纤维垂直纳米片用于高效全水分解

开发低成本高性能的水分解电催化剂对氢能的利用具有重要意义。

近日,哈尔滨工业大学(深圳)于杰教授,邱业君报道了通过热化学气相沉积(CVD)和电沉积,成功制备一种高效稳定的多层堆叠杂化结构的析氧反应(OER)电催化剂,在碳纤维(CFs)上连续生长垂直石墨烯纳米片(VGSs)、MoS2纳米片和(FeCoNi(OH)x)或FeCoNiPx纳米片(CF/VGSs/MoS2/FeCoNi(OH)xFeCoNiPx))(CF/VMFO,CF/VMFP)。

文章要点

1CF/VMFO的制备过程包括采用热CVD法在CFs上生长VGSs,在VGSs上生长MoS2纳米片,采用电沉积法在MoS2纳米片上生长FeCoNi(OH)x纳米片。此外,对FeCoNi(OH)x纳米片进行磷化处理,可以得到FeCoNiPx纳米片。


2SEM图像显示,在生长VGS、MoS2纳米片和FeCoNiPx纳米片后,CFs的平均直径分别为11.8 μm、12.3 μm和12.7 μm。生长在CFs上的VGSs垂直均匀,边缘完全暴露在表面,相互连接形成多孔结构,孔径在50-120 nm之间。生长MoS2纳米片后,VGS的形貌消失,整个表面被MoS2纳米片覆盖。MoS2纳米片的尺寸为1~2 μm,相互连接的MoS2纳米片形成的孔径为200~950 nm。同时,在MoS2纳米片上生长的FeCoNi(OH)x纳米片比在平面衬底上生长的FeCoNi(OH)x纳米片具有更高的面密度。此外,磷化处理后的FeCoNiPx纳米片保持了FeCoNi(OH)x纳米片的形貌。


3实验结果显示,CF/VMFO电催化剂具有出色的OER性能,其过电位分别为225 mV和241 mV即可达到500 mA cm−2和1000 mA cm−2的电流密度,塔菲尔斜率低至29.2 mV dec-1。理论计算结果显示,FeCoNi(OH)x与MoS2结合的电子结构可降低OER过电位,提高电催化活性。当采用CF/VMFO阳极进行电催化全水分解时,其在1.59 V下产生的电流密度达到了100 mA cm−2,并在100 h内具有优异的稳定性。

 


参考文献

Ji, X., Lin, Y., Zeng, J. et al. Graphene/MoS2/FeCoNi(OH)x and Graphene/MoS2/FeCoNiPx multilayer-stacked vertical nanosheets on carbon fibers for highly efficient overall water splitting. Nat Commun 12, 1380 (2021).

DOI:10.1038/s41467-021-21742-y

https://doi.org/10.1038/s41467-021-21742-y


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