MoS_2/NiSe_2复合电极材料的制备及其电解水析氢性能研究

【摘要】氢气(H_2)因其能量密度高且唯一燃烧产物是水而被认为是一种可持续的清洁能源。电催化析氢反应（HER）作为一种快速、直接、高效的制氢方式，吸引了科研人员的广泛研究。为了促进析氢过程，选择高效的催化剂和合适的电解质体系非常重要。然而，目前商用电催化剂大多采用贵金属铂基材料（如Pt、Rh等）制成，价格昂贵且资源稀缺。此外，它们在碱性和中性电解质中反应动力学慢且能耗高。这成为电解水制氢技术市场占有率低的重要原因之一。因此，迫切需要从丰富的资源中开发高效、廉价的新型HER催化剂，以提高制氢效率，实现氢能的大规模利用。过渡金属二硫属化物（TMDs）是一种典型的二维材料，具有超薄结构、比表面积大、原子充分暴露，在催化制氢领域表现出优异的活性。然而，纯TMD存在循环稳定性差、电导率低、电化学活性位点不足等缺点，限制了其作为HER电催化剂的应用。因此，如何设计和制备高性能TMDs析氢催化剂成为科研人员的研究目标。本文采用水热和溶剂热方法制备了两种MoS_2/复合材料，并系统分析了其电催化析氢性能。主要研究内容如下：(1)首先以碳布为基材合成了Ni(OH)_2纳米粒子。采用水热法对Ni(OH)_2纳米片进行硒化，得到纳米片。

然后，在纳米片表面原位生长MoS_2纳米片，成功制备了2H-MoS_2/复合材料。复合材料的结构有利于增加电化学活性表面积并暴露更多的活性位点。 MoS_2和2H-MoS_2/复合材料的协同作用表现出优异的HER活性。当电流密度为10 m A cm~(-2)时,2H-MoS_2/复合材料的过电势仅为157 m V,塔菲尔斜率为70.7 m V dec~(-1)。 (2)以DMF为溶剂，采用溶剂热法合成N掺杂珊瑚状纳米粒子。然后，利用水热法在其表面原位生长MoS_2纳米片，得到1T-MoS_2/复合结构。纳米粒子的珊瑚状形貌有效缓解了MoS_2纳米片的团聚现象，纳米粒子中的氮掺杂进一步增大了MoS_2的(002)层间距，有利于电解质离子的扩散。 1T-MoS_2/复合材料的析氢能力较纯MoS_2和2H-MoS_2/复合材料显着提高。当电流密度为10 m A cm~(-2)时,1T-MoS_2/复合材料的过电位仅为94 mV,塔菲尔斜率为58 mV dec~(-1),循环性能良好。