MoS2纳米管及MoS2@C复合材料的制备及其电催化析氢性能

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pisahaochima
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二硫化钼(MoS2)是近年来备受关注的二维层状材料,由于它的结构类似于石墨烯,所以有很多突出的性能,电催化析氢性能就是其中之一。作为一种有望替代金属铂的电催化剂,二硫化钼具有自然储量高、价格低廉、催化活性高等优点,易于实现工业化生产,解决金属铂作为电催化剂难以推广的难题。但是二硫化钼自身也存在很多缺点,例如易于团聚、导电性差等,严重影响了它的电催化析氢性能。本课题通过溶剂热法制备出三维中空管状结构的二硫化钼,这种三维结构可以有效减少催化剂的团聚,进而暴露出更多的活性位点。由于该方法制备的二硫化钼通常结晶性较差,进而影响其催化性能。为了提高二硫化钼纳米管的晶化程度,采用在惰性气氛中高温处理,从600℃、700℃、800℃、900℃处理过的样品中采用电催化性能的测试筛选出性能最好的800℃样品。仅需过电势为247 mV,就能够达到10 mA/cm2的电流密度,塔菲尔斜率为154 mV/dec,具有良好的稳定性。为进一步探究实验条件,本课题采用还原性气氛(N2/H2混合气)处理MoS2纳米管,通过H2还原其中的S,使材料产生缺陷,以增加催化活性。实验表明,当连续加热6 h以上,MoS2纳米管的电催化析氢性能有较大提高。但是,一方面由于长时间的高温烧灼,使样品量有所减少,损失率很高,另一方面处理时间过长使整个工艺的制备效率有所下降。以制备的MoS2纳米管为前驱体,在其表面包覆一层碳材料。利用碳材料优异的导电性使MoS2纳米管的导电性增加,弥补了自身缺陷。通过筛选,最终确定聚多巴胺作为碳源。先使聚多巴胺的单体——盐酸多巴胺吸附在MoS2纳米管的周围,再在缓冲溶液中进行聚合反应,最后碳化,制备出MoS2@C纳米管。对MoS2@C纳米管进行了SEM、XRD、Raman等一系列表征,测试了其电催化析氢性能。结果表明,当盐酸多巴胺与MoS2纳米管添加的质量比为0.1:1时,材料的电催化析氢性能最好,它的起始电位为-140 mV,仅需过电势为198 mV,就能够达到10mA/cm2的电流密度,由拟合的等效电路得到传荷电阻为109.27Ω,同时具有良好的稳定性。
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