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特拉维夫大学Ariel Ismach课题组--轻且复杂的3D MoS2/石墨烯异质结构作为氢释放反应的有效催化剂
      多组分3D多孔结构是用于多种应用的有前途的分层材料。本文中,我们证明了MoS2在具有可变孔径的石墨烯泡沫上的原子层沉积(ALD)是一种有前途的方法,可用于制备复杂的3D异质结构,用作氢析出反应(HER)的电催化剂。研究了MoS2结晶度的影响,并建立了非晶态MoS2涂层中自然存在的高缺陷密度与800℃退火后获得的高结晶相之间的权衡。具体而言,显示出在500°C的最佳退火可提高催化性能,其中的过电势为180 mV,低Tafel斜率为47 mV/dec,高交换电流为17 A/cm2。ALD沉积是高度保形的,因此,如现实应用中所要求的那样,当涂覆具有小孔径的3D多孔结构时,ALD有利。通过调节退火温度,在具有受控结晶度的多孔结构上保形薄膜沉积,可以实现这种方法。因此,此处介绍的结果可作为设计化学和结构可调、无粘结剂、复杂、轻巧和高效的3D多孔异质结构的有效且通用的平台,用于催化、储能、复合材料、传感器、水处理和更多方面的应用。
 
Figure 1. 多层石墨烯(MLF)泡沫的形成:(a)形成低密度(LD)泡沫的示意图。(b)和(c)MLG镀镍泡沫的低倍率和高倍率的SEM图像。(b)中的插图显示了约2.5厘米长的G/Ni泡沫的光学图像。(d)和(e)在蚀刻Ni之后相同泡沫的SEM图像。(d)中的插图显示了无镍泡沫的光学图像。(f)高密度(HD)泡沫组装示意图。(g–j)SEM图像。
 
 
Figure 2. MoS2 ALD涂层和随后硫化过程的示意图。
 

Figure 3. 3D MoS2/GFs异质结构的特征:用不同的检测器,透镜内(a)和背向(b)散射电子(BSE)拍摄的SEM图像。(c)和(d)HD-800样品的SEM图像。(e)插图中所示区域的EDS映射,Mo(红色)、S(黄色)、C(绿色)和O(浅蓝色)。(f)HD-500样品的HRTEM=。 (g)和(h)分析(f)中的层距离。(i)LD-800样品的HRTEM。(j)(i)中相同样品的选区电子衍射。
 

Figure 4. HER测量:(a)和(b)LD和HD样品的极化曲线(随着硫化温度°C变化)。(c)和(d)从(a)和(b)中的曲线计算出的两种泡沫的Tafel斜率。
 
      相关研究成果于2020年由特拉维夫大学Ariel Ismach课题组,发表在Nanoscale(DOI: 10.1039/C9NR09564K)上。原文:Light and Complex 3D MoS2/Graphene Heterostructures as an Efficient Catalyst for the Hydrogen Evolution Reaction。
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