1T相MoS2復(fù)合材料電化學(xué)全解水性能研究取得重要進(jìn)展
我系王訓(xùn)教授課題組在非貴金屬全解水催化劑的研究方面取得了重要進(jìn)展，提出了制備非晶態(tài)鎳鈷配合物和1T相MoS2復(fù)合全解水催化劑的新方法，在堿性體系中實現(xiàn)了1.44 V電化學(xué)全解水過電位（10 mA/cm2處）。相關(guān)成果發(fā)表在Nat. Commun.2017,8,15377上，我系博士研究生李灝一是論文的第一作者。
論文提出利用超薄鎳鈷氫氧化物納米片和四硫代鉬酸銨作為前驅(qū)體在氮，氮-二甲基甲酰胺體系中，通過引入水合肼，實現(xiàn)了二硫化鉬從2H和1T的混合相到純1T相的完全轉(zhuǎn)變，并且調(diào)節(jié)了鎳鈷部分的結(jié)晶狀態(tài)，最終形成了非晶態(tài)鎳鈷配合物和1T相MoS2的復(fù)合材料。將此復(fù)合材料應(yīng)用于電化學(xué)析氫和析氧催化中，加入2.5 ml水合肼的樣品在10 mA/cm2處的過電位分別為70 mV和235 mV，同時能保持24小時的活性。此外在全解水催化當(dāng)中，該復(fù)合材料也展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能，在10 mA/cm2處的過電位低至1.44V，同時保持了48小時的穩(wěn)定性。
MoS2存在多種相態(tài)，1T相MoS2為金屬性，2H相則表現(xiàn)為半導(dǎo)體性。二者相比，1T相MoS2導(dǎo)電性更好，極大地改善了催化過程中的電子傳輸，能夠促進(jìn)電解水的動力學(xué)過程，更有利于催化析氫。在此合成體系中，水合肼作為給電子體誘導(dǎo)二硫化鉬發(fā)生完全相變，而鎳鈷配合物則起到了穩(wěn)定1T相MoS2的作用。此外，大量的水合肼在高溫下分解產(chǎn)生的N2、NH3等氣體可以作為氣體模板促進(jìn)多孔結(jié)構(gòu)的生成，提高材料的孔隙率，進(jìn)而提供更多的催化活性位點，促進(jìn)催化傳質(zhì)和氣體滲透。
此研究結(jié)果發(fā)展了一種制備新型1T相MoS2復(fù)合材料的策略，同時對非貴金屬復(fù)合材料在全解水催化當(dāng)中的應(yīng)用有著積極的推動作用。此外，相比于傳統(tǒng)的丁基鋰輔助的插層剝離法，文中提出的水合肼誘導(dǎo)的MoS2完全相變的方法也必將對高產(chǎn)量1T相MoS2材料的合成帶來新的契機。本課題研究得到了中國科技大學(xué)宋禮教授等合作者在基于同步輻射光源的X射線近邊吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)測試方面的大力幫助以及國家自然科學(xué)基金委、中國科技部等基金的資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/ncomms15377
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