设计了一种由Co单原子锚定/氮、硫共掺杂碳纳米管(CoSAs-NS-CNTs)组成的多组分3D单片电极。同时在在碳布(CC)表面装饰超薄的MoS₂纳米片和超小内限CoS2纳米点(MoS₂/CoSAs-NS-CNTs@CoS₂/CC)形成双界面杂化异质结电极作为矢量电子传递途径，促进电催化性能。均匀分布的MoS₂纳米片和与Co单原子连接的CoS₂纳米点的整合，锚定/N, S共掺杂CNTs，赋予了丰富的多个活性位点和优异的导电性。降移的d带中心具有良好的热力学吸附自由能(ΔGH*)，可有效催化析氢反应(HER)。结果表明，最佳MoS₂/ CoSAs-NS-CNTs@CoS2/CC电极在10 mA cm^-2下的过电位分别为72 mV和56 mV，在酸性和碱性溶液中Tafel斜率分别为59.4 mV和43.2 mV 12 ^-1。表现优于大多数先前报道的钼/钴硫化基电催化剂。电极在5000 CV循环后活性略有下降，电解20 h后电流密度几乎没有衰减，表现出良好的耐久性和稳定性。
 
  
图1 (a)反应每一步后Co-LHSs/CC、CoSAs-N-CNTs@Co/CC、CoSAs-N-CNTs@Co₃O₄/CC、MoS₂/CoSA-NS-CNTs@CoS₂/CC的构建示意图; (b和c) Co-LHs/CC， (d和e) CoSAs-N-CNTs@Co/CC， (f和g) CoSAs-N-CNTs@Co₃O₄/CC，和(h和i) MoS₂/ CoSA- NS-CNTs @ CoS₂/CC的SEM图像。
 
 
图2 (a-b) TEM， (c) HERTEM， (d) MoS₂/CoSAs-NS-CNTs@CoS₂的HAADF-STEM图像，(e-i)对应的元素映射;(j)像差校正的HAADF-STEM图像，显示了MoS₂/CoSAs-NS-CNTs@CoS₂的CoSAs-NS-CNTs中Co单原子的形成;(k) MoS₂/CoSAs-NSCNTs@ CoS₂的EDX结果;(l) (i) MoS₂/CoSAs-NS-CNTs@CoS₂/CC、(ii) CoSAs-NS-CNTs@CoS₂/CC、(iii) CoSAs-N-CNTs@Co₃O₄/CC、(iv) CoSAs-N-CNTs@Co/CC的XRD谱图和(m)拉曼光谱。
 
  
图3 (i) MoS₂/CoSAs-NS-CNTs@CoS₂/CC， (ii) MoS₂/CoSAs-NS-CNTs/CC和(iii) MoS₂/CC的(a) Mo 3d和(b) S 2p的高分辨率XPS光谱;(i) MoS₂/CoSAs-NS-CNTs@CoS₂/CC， (iv) CoSAs-NS-CNTs@CoS₂/CC和(v) CoS₂/CC的(c) Co 2p和(d) S 2p的高分辨率XPS光谱;(i) MoS₂/CoSAs-NS-CNTs@CoS₂/CC， (ii) MoS₂/CoSAs-NS-CNTs/CC (iv) CoSAs-NS-CNTs@CoS₂/CC，和(vi) CoSAs-NS-CNTs@Co/CC的(e) N 1s的高分辨率XPS光谱;对于(i) MoS₂/CoSAs-NS-CNTs@CoS₂/CC， (ii) MoS₂/CoSAs-NS-CNTs/CC和(iv) CoSAs-NS-CNTs@CoS₂/CC， (f) C 1s的高分辨率XPS光谱。
 
  
图4. LSV曲线(i)MoS₂/ CoSAs-NS-CNTs@CoS₂/ CC, (ii) MoS₂/ CoSAs-NS-CNTs / CC, (iii) MoS₂/ CC (iv) CoSAs-NS-CNTs@CoS₂ / CC (v) CoS₂ / CC (vi) CoSAs-NCNTs@Co/ CC(七)CoSAs-N-CNTs / CC, Pt / C(八)20%,并在(a) (ix)裸露的CC H₂SO₄和(d) 0.5米和1.0米KOH电解质;(b和e) (a和d)中测试电极对应的Tafel图;在(c) 0.5 M H₂SO₄和(f) 1.0 M KOH电解质中，MoS₂/CoSAs-NS-CNTs@CoS₂/CC电极5000 CV循环前后的HER极化曲线。(c和f)中的插图分别为MoS₂/CoSAs-NS-CNTs@CoS₂/CC电极在0.5 M H₂SO₄和1.0 M KOH电解质中，75 mV和60 mV静态过电位作用20 h时的电流密度随时间变化的曲线。计算(实线)和测量(红点)不同反应时间下MoS₂/CoSAs-NS-CNTs@CoS₂/CC电极在0.5 M H₂SO₄中过电位72 mV (g)和1.0 M KOH中过电位56 mV (h)的氢量。
 
  
图5 (a)不同表面模型MoS₂、MoS₂/Co₁-NSC、CoS₂、Co₁-NSC@CoS₂和MoS₂/Co₁-NSC@CoS₂上H原子吸附的侧视图结构;(b)各种模型的自由能图和平衡势;(c)用彩色字体标注MoS₂、MoS₂/Co₁-NSC、MoS₂/Co₁-NSC@CoS₂中Mo原子d轨道的偏电子态密度(pDOS)， CoS₂、Co₁-NSC@CoS₂、MoS₂/Co₁-NSC@CoS₂中Co原子以及Mo和Co原子对应的d能带中心;(d) MoS₂/Co1-NSC、Co₁-NSC@CoS₂和MoS₂/Co₁-NSC@CoS₂模型中MoS₂或碳层的电荷密度差，红色和蓝色区域代表电荷积累和消耗，等表面值为0.005 e Å ^-3
 
  
图6 在MoS₂/CoSA-NS-CNTs@CoS2/CC中降低d带中心和电荷转移的示意图。
  
       内蒙古大学Rui Gao，Jun Zhang和南开大学Yaping Du等人于2021年发表在Applied Catalysis B: Environmental（https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120630）上。原文：Hybrid heterojunction of molybdenum disulfide/single cobalt atoms anchored nitrogen, sulfur-doped carbon nanotube /cobalt disulfide with multiple active sites for highly efficient hydrogen evolution。

转自《石墨烯杂志》公众号