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FeCoNiP_x纳米片（CF/VGSs/MoS₂/FeCoNi(OH)_x（FeCoNiP_x））（CF/VMFO，CF/VMFP）。

文章要点

1）CF/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。

2）SEM图像显示，在生长VGS、MoS₂纳米片和FeCoNiP_x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FeCoNiP_x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/FeCoNiP_x 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