Graphene薄膜的制备及其电催化制氢性能.pdf

2015年 11月 北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 November 2015 第41卷 第 11期 JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics Vo1．41 NO．11 http：／／bhxb．buaa．edu．cn jbuaa@buaa．edu．cn DOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0709 层状MoS2／Graphene薄膜的制备及其 电催化制氢性能 杨阳，许 由页，吴卿永，项 民，刁鹏 (北京航空航天大学 材料科学与工程学 院，北京 100191) 摘 要：采用水热合成的方法，以硫脲 (NHCSNH )为硫源和还原剂，合成 出了二硫 化钼 ／石墨烯 (MoS／Graphene)复合电催化剂用于 电解水制氢．将其旋涂到掺杂氟的 SnO，透 明导电玻璃 (FTO)上制备成 MoS：／Graphene薄膜进行电催化分解水制氢性能测试．研究发现， MoS／Graphene的催化活性较纯纳米 MoS 提高了近一倍．这是 由于通过化学耦合作用选择性 生长在石墨烯上的层状MoS，其边缘拥有丰富的活性位点，同时石墨烯作为 良好的导电基体 也能大大加快了电子的转移速度．在 0．5mol／LHSO 溶液 中，MoS／Graphene旋涂到 FTO上 的层数为 12层时，其电催化制氢效率最高 ：起峰 电位提前到0．085V，在 0．2V 的过电位下 电 流密度达到 了一4．5mA／cm ．层状 MoS，／Graphene电催化剂作为 Pt族贵金属 的替代 品，具有 广阔的应用前景． 关 键 词：电解水制氢；二硫化钼 ／石墨烯复合 电极；水热合成；电催化活性；塔菲尔 斜率 中图分类号：0643．3 文献标识码：A 文章编号 ：1001—5965(2015)11—2158—08 氢气的燃烧产物为水 ，不会对环境造成任何 验 证实 ，MoS，的电催化制氢 的活性位点主要 污染 ，其可以作为清洁能源应用在生活 的各个方 在其边缘位置 ．因此，制备纳米级 的MoS，，使 面 。．因此 ，在能源和环境危机越来越严重 的今 其更多的边缘暴露在外面，是提高其 电催化制氢 天 ，氢能受到了大家的高度重视．氢气最丰富的来 活性的有效途径．但是纳米级的 MoS，很容 易团 源为水 ，寻找高效 的分解水制氢的催化剂迫在眉 聚 ，而以某种导电材料为基底 ，就有可能合成出层 睫．目前 电催化制氢效率最高的催化剂为 Pt族金 状的、具有 丰富边 缘 的 MoS：电催 化剂．如文 献 属 ，但其严重受限于 自然稀缺性和高昂成本 ， [8，10—13]中所报道的以Au ’ 、碳纳米管 ¨ 等 因此急需开发 出能替代 Pt族金属 的经济、稳定 、 为基体 ，成功地制备 出了具有高效催化活性 的层 环保 、高效的新型催化剂． 状的MoS，复合 电催化剂． MoS，作为一种制氢的电催化剂，因其产量丰 本实验中采用水热合成的方法，以二水合钼 富、价格便宜而得 到 了广泛 的关注．理论 和实 酸 钠 (NaMoO ·2H O) 为 前 驱 体 ，硫 脲 收稿 日期：2014．11．17；录用 日期 ：2014-12—18；网络 出版时间 ：2014—12-2308：44 网络出版地 址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V0844．001．html 基金项 目：国家 自然 科 学 基 金 20973020)；北 京 市 自然 科 学 基 金 (2142020)；国家 教 育部 博 士 点 专 项 基 金 (2010110