2H-MoS2是天然存在且熱力學穩(wěn)定的相，然而在中性和堿性電解液中顯示出不好的HER活性。這里，一種雜化電催化劑，即2H-MoS2/N摻-介孔石墨烯，富含Mo-吡啶氮配位環(huán)境。最佳的雜化催化劑可提供長期的耐久性，和出色的HER活性，在10 mA cm-2下，在酸性，堿性和磷酸鹽緩沖溶液（PBS）介質(zhì)中，分別只需要110、145和142 mV的過電勢，該性能優(yōu)于以前報道的大多數(shù)MoS2-堿催化劑。理論和實驗結果表明，相對于吡咯和石墨N，界面吡啶N與Mo原子具有較高的鍵合能力，邊緣的Mo與吡啶N配位可能作為HER的活性位點。 DFT計算進一步揭示了Mo-吡啶N配位修飾了邊緣Mo的電荷密度，進而優(yōu)化了氫吸附能，促進水的分解，從而促進全pH范圍內(nèi)的HER過程的進行。
Figure 1. 基于各種反應位點的HER過程的理論研究。（a）Mo-吡啶N鍵上的堿性和中性HER機制。（b）Volmer步驟中H2O分解的能量圖。（c）計算出的各種催化劑的H吸附自由能（ΔG（H *））。（d）電荷密度差和吡啶氮的吸附示意圖。
Figure 2. 催化劑的形態(tài)和結構表征。（a）SEM圖像和（b）低倍TEM圖像。（c，d1-d4）EFTEM圖像；（e）原子力顯微鏡圖像；（f）MoS2/NLG-3雜化物的XRD圖譜。（g）三種催化劑的拉曼光譜。
Figure 3. 界面Mo-N-C鍵的結構分析。（a）不同樣品的N 1s XPS光譜，和（b）Mo 3d XPS光譜。（c）不同樣品的的N K邊緣EELS光譜，（d）Mo M-邊緣EELS光譜，（e）Mo K-edge XANES光譜，（f）FT-EXAFS光譜。
Figure 4. 在不同pH電解質(zhì)中HER的活性和穩(wěn)定性。在N2飽和的（a）0.5 M H2SO4，（b）1.0 M KOH和（c）1.0 M PBS電解液中的LSV極化曲線。（d-f）雜化催化劑的相應Tafel斜率。（g）TOF與吡啶，吡咯和石墨氮含量之間的關系。（h）MoS2/NLG-3樣品在酸、堿、中性溶液中的HER穩(wěn)定性（i-t曲線）。
該研究工作由天津大學Jing Yang課題組于2021年發(fā)表在ACS Catal.期刊上。原文：Activating Edge-Mo of 2H-MoS2 via Coordination with Pyridinic N−C for pH-Universal Hydrogen Evolution Electrocatalysis。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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