半導(dǎo)體 2H 相二硫化鉬 (2H-MoS
2) 的析氫反應(yīng)性能是實現(xiàn)其全部潛在應(yīng)用的重大障礙。在這里,研究者利用理論計算來預(yù)測可能的功能化石墨烯量子點(GQD),它可以增強塊狀 MoS
2 的 HER 活性。隨后,作者設(shè)計了一種功能化GQD誘導(dǎo)的原位自下而上策略,通過調(diào)節(jié)吸電子/供電子官能團(tuán)的濃度來制造以GQD(ALQD)介導(dǎo)的近原子層2H-MoS
2納米片。實驗結(jié)果表明,一系列功能化GQD的引入在ALQD的合成過程中起著至關(guān)重要的作用。值得注意的是,GQD 上吸電子官能團(tuán)的濃度和強度越高,所得的 ALQD 就越薄且活性更高。值得注意的是,合成的近原子層 ALQD-SO
3 表現(xiàn)出顯著改善的 HER 性能。該GQD 誘導(dǎo)策略為擴大 MoS
2 的催化應(yīng)用提供了一種簡單有效的方法。此外,它在開發(fā)其他過渡金屬二硫?qū)倩锊牧现械募{米片方面具有巨大的潛力。
Fig 1. 通過理論預(yù)測材料的結(jié)構(gòu)、電荷特性和 HER 性能。 a GQDs 進(jìn)入 2H-MoS
2 的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。 b 四種ALQD的結(jié)構(gòu),d是通過測量兩個Mo原子的垂直距離得到的2H-MoS
2 NS的層間距。黃色、藍(lán)色、灰色、白色和綠色球分別代表S、Mo、C、H和官能團(tuán)。 c 四種ALQD的層間距和形成能。 d PDOS和C原子的p帶中心連接到-SO
3和-NH
2。 e 連接至-SO
3 和-NH
2 的C 原子的電荷密度差和Bader 電荷。綠色和紅色等值面分別表示電子密度的減少和增加,其值為±3× 10
−4 e Bohr
−3。 f 四種類型 ALQD 的四個位點上 HER 過程的吉布斯自由能變化 (ΔG
*H)。 g 與四種類型 ALQD 上的官能團(tuán)相連的 C 位點的 HER 過程的吉布斯自由能曲線。
Fig 2. 合成材料的形態(tài)和結(jié)構(gòu)表征。 ALQD-SO
3 的 TEM 圖像。 b ALQD-SO
3 的高分辨率 TEM 圖像。 b 中的插圖顯示了放大的 MoS
2 NS 的規(guī)則晶格。 c ALQD-SO
3 的 AFM 圖像。 d ALQD-SO
3 和塊狀 MoS
2 的 XRD 圖譜。 e ALQD-SO
3 和塊狀 MoS
2 的拉曼光譜。 f XPS總譜,以及 ALQD-SO
3 和塊狀 MoS
2 的高分辨率 XPS g Mo 3d 和 h S 2p 光譜。 i ALQD-SO
3 和塊狀 MoS
2 的電導(dǎo)率。
Fig 3. 合成材料的HER性能。 a CB@MoS
2、塊狀MoS
2、ALQD-SO
3和Pt-C的LSV曲線在0.5 M H
2SO
4電解液中進(jìn)行。 b 相應(yīng)的塔菲爾斜率源自 LSV 曲線。 c 對于塊狀 MoS
2 和 ALQD-SO
3,在 0.25 V 與 RHE 下測得的電容電流之比。c 中的插圖顯示了 ALQD-SO
3 在 20 至 200 mV s
-1 掃描速率下的循環(huán)伏安圖。 d 塊狀 MoS
2 和 ALQD-SO
3 的 NH
3-TPD 曲線。 e 塊狀 MoS
2 和 ALQD-SO
3 的奈奎斯特圖。 f LSV 曲線是在 0.2 至 -0.8 V 相對于 RHE 的條件下在 1000 個循環(huán)之前和之后測量的。 g 相對于RHE在250 mV下電流密度隨時間變化曲線。
Fig 4. ALQD-COOH 和 ALQD-OH 的形態(tài)表征和 HER 性能。 a ALQD-COOH 和 b ALQD-OH 的 AFM 圖像。 c ALQD-COOH 和 d ALQD-OH 的 TEM 圖像。 e ALQD-COOH 和 f ALQD-OH 的高分辨率 TEM 圖像。 ALQD-COOH 和 ALQD-OH 的 g LSV 曲線在 0.5 M H
2SO
4 電解質(zhì)中進(jìn)行。 h 相應(yīng)的塔菲爾斜率源自 LSV 曲線。 i ALQD-COOH 和 ALQD-OH 的奈奎斯特圖。
相關(guān)研究工作由上海大學(xué)Liang Wang聯(lián)合南洋理工大學(xué)Zheng Liu和華東理工大學(xué)Cheng Lian課題組于2023年在線發(fā)表于《Nano-Micro Letters》期刊上,Graphene Quantum Dot Mediated Atom-Layer Semiconductor Electrocatalyst for Hydrogen Evolution。
原文:
https://doi.org/10.1007/s40820-023-01182-7
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號