二硫化鉬-石墨烯復(fù)合材料的制備、表征及電化學(xué)性質(zhì).pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，傳統(tǒng)化石能源的消耗較為嚴(yán)重，以及他們?cè)谌紵^(guò)程中所產(chǎn)生的空氣污染問(wèn)題，使得全世界的人民開(kāi)始注意到日益嚴(yán)重的能源危機(jī)。近些年來(lái)，隨著二維納米材料的興起，過(guò)度金屬硫化物已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，并且憑借其自身獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，已被應(yīng)用到很多領(lǐng)域。在過(guò)度金屬硫化物的大家族里，二硫化鉬(MoS2)是一種較為理想的電催化析氫催化劑。然而二硫化鉬作為一種半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性非常差，對(duì)于電催化析氫而言，這顯然是不利的。因此，設(shè)計(jì)出一種

2、新型的MoS2電催化析氫催化劑，使其不但具有較多的活性中心并且最大可能提高其導(dǎo)電性。受到以上啟發(fā)，我們通過(guò)合成二硫化鉬/還原石墨烯（MoS2/rGO）復(fù)合物，通過(guò)多功能共同導(dǎo)向作用實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)析氫性能的提高。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容歸納總結(jié)如下：
　　1.通過(guò)一步水熱法制備具有較大雙電層電容的MoS2/rGO水凝膠，并把該水凝膠應(yīng)用到電催化析氫中。水熱過(guò)程中，一定濃度的氧化石墨烯懸浮液通過(guò)自組裝形成三維石墨烯水凝膠，從而增大了比表面積。由于三

3、維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，使得石墨烯在長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試和使用過(guò)程中有效的抵擋體積發(fā)生變化，因此具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。另一方面，石墨烯能夠有效的阻止MoS2的(002)晶面沿著C軸的堆疊，從而暴露出更多的活性中心。通過(guò)調(diào)控反應(yīng)過(guò)程中氧化石墨烯（GO）濃度優(yōu)化催化劑性能。結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)的GO濃度為1.5 mg/mL時(shí)，得到了MoS2/rGO3水凝膠復(fù)合物。電化學(xué)催化析氫測(cè)試中，該復(fù)合物具有較小的起始電位(125 mV)，較小的塔菲爾斜率(41 mV/de

4、cade),以及較大的雙電層電容(29.6 mF/cm2)。催化劑在1000圈連續(xù)測(cè)試后仍然展現(xiàn)出了較強(qiáng)的催化活性，證明材料穩(wěn)定性良好。
　　2.通過(guò)簡(jiǎn)單的一步溶劑熱法合成了三維氧摻雜的MoS2/rGO復(fù)合物并把其應(yīng)用到電化學(xué)析氫中去。由于MoS2電催化析氫的活性中心起源于(002)晶面的邊緣，因此需要使MoS2納米片暴露更多的活性中心以提高電催化性能。我們?cè)O(shè)計(jì)出了氧摻雜的MoS2/rGO復(fù)合物，摻雜的氧不僅可以使MoS2無(wú)序程度

5、和邊緣活性點(diǎn)增加，同時(shí)也提高了MoS2自身的導(dǎo)電性。另外，實(shí)驗(yàn)表明，MoS2納米片中摻雜的氧來(lái)自于溶劑N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，同時(shí)溶劑DMF對(duì)所得到的產(chǎn)物的形貌也有一定的影響。在氧摻雜的作用下，MoS2/rGO復(fù)合物展現(xiàn)出極小的初始電位(103 mV)，較小的塔菲爾斜率(43 mV/decade),當(dāng)過(guò)電位200 mV時(shí)，其電流密度為15 mA/cm2，循環(huán)次數(shù)達(dá)到2000次后，其電催化析氫活性僅僅減小了1.7％。在過(guò)電位為25