開發優良而廉價的電解水催化劑對氫能的應用具有重要意義。這里，開發了一種高效、穩定的析氧（OER）催化劑，它具有多層堆疊的雜化結構，即垂直石墨烯納米片（VGSs），MoS2納米片和層狀FeCoNi氫氧化物（FeCoNi(OH)x）依次生長在碳纖維上。該雜化催化劑具有出色的OER性能，在500和1000 mA cm-2的大電流密度下，僅需要較低的過電勢（分別為225和241 mV），還顯示出很小的Tafel斜率。理論計算表明，FeCoNi(OH)x與MoS2的復合可產生有利的電子結構，降低OER過電位，以促進電催化活性。使用CF/VGSs/MoS2/ FeCoNi(OH)x作為陽極，組裝成堿性的水電解槽，研究其全電解水性質，在1.59 V時實現了100 mA cm-2的電流密度，100小時電解測試中電流幾乎無衰減，具有出色的穩定性，這證實了所制備的高效催化劑在水電解領域具有廣闊的應用前景。
Figure 1. 樣品制備過程示意圖。a–d CF/VMFO的制備步驟。e 由CF/VMFO制備成CF/VMFP的過程。
Figure 2.不同樣品的SEM圖像。a CF/VGS，b CF/VGSs/MoS2，c CF/VMFO，d CF/VMFP的SEM圖像。
Figure 3. 不同樣品的TEM表征。a-c MoS2/FeCoNi(OH)x的TEM圖像。d MoS2/FeCoNi(OH)x的元素映射。e–g MoS2/FeCoNiPx在不同放大倍數下的TEM圖像。b，f中的插圖是相應的SAED模式。
Figure 4. 不同樣品的拉曼光譜，XRD圖譜，XPS光譜和XANES光譜。a拉曼光譜VMFO。b-c不同樣品的XRD圖譜。（d-f）Fe 2p，Co 2p和Ni 2p XPS光譜。 g–i所制備的樣品以及標準樣品經歸一化后的Fe，Co和Ni K邊緣XANES光譜。
Figure 5. 不同樣品在1 M KOH中測試的OER性能。a LSV曲線。b Tafel圖。c不同掃描速率下的電容電流。d CF/VMFO在250和500 mA cm-2時隨時間變化的過電勢曲線。
該研究工作由哈爾濱工業大學（深圳校區）Yejun Qiu和 Jie Yu課題組于2021年發表在Nature Communications期刊上。原文：Graphene/MoS2/FeCoNi(OH)x and Graphene/MoS2/FeCoNiPx multilayer-stacked vertical nanosheets on carbon fibers for highly efficient overall water splitting。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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