Page 166 - 《精细化工》2021年第5期

·1020· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

图 7 不同催化电极上 HER 的极化曲线（a），Tafel 斜率
（b），不同扫速下的电流密度曲线（c），电化学阻
抗 Nyquist 图（d），在 3000 个连续循环 ADT 前后
测得的 CoS 2 /AOCF 的极化曲线（e），电流密度为
2
10 mA/cm 时的计时电位曲线（f）
Fig. 7 Polarization curves of HER on various catalytic
electrodes (a), Tafel slopes (b), curves of current
density at different scan rates (c), EIS Nyquist
plots (d), polarization curves of the CoS 2 /AOCF
measured before and after ADT for 3000 cycles (e),
chronopotentiometric curve at the current density
2
of 10 mA/cm (f)

为探索 HER 的动力学机理，图 7b 为不同催化
材料在 HER 中所对应的 Tafel 斜率。CoS 2 显示了较
高的 Tafel 斜率（104 mV/dec），而 CoS 2 /AOCF 复合
材料的 Tafel 斜率为 43 mV/dec。所以，在相同的电
流密度下，CoS 2 /AOCF 复合材料 HER 的过电势更
低，电子转移更迅速，这意味着其具有良好的电催
化性能。在酸性电解液中，HER 机理主要涉及 3 个
步骤 [26] ：第 1 步 Volmer 反应， HO   M e  
3
*
M— H  H O ，即质子与电子在电极材料表面（M）
2
*
产生吸附的氢原子（H ）；随后经过第 2 步 Heyrovsky

反应， HO  e   M H — * 2H  2 M，即另一个质子扩
3
*
+
*
散到 M—H ，H 3 O 和 M—H 结合电子反应生成 H 2 ；
*
第 3 步 Tafel 反应，2M— H  H  2M ，即电极材
2
*
料表面附近的两个 H 结合释放 H 2 。CoS 2 /AOCF 样
品较低的 Tafel 斜率表明该反应的速率决定步骤出
现在电子转移反应即将结束的时候，其数值接近于
商业 Pt/C 催化剂的 38 mV/dec [27] 。
图 7c 为∆J 相对扫描速率的变化关系曲线，曲
线的斜率即为该电极的双电层电容（C dl ）的 2 倍。
循环伏安法可用于在非法拉第电势下探测 C dl ，以估
算催化剂的相对电化学活性表面积。通过在 20~
200 mV/s 范围的不同扫描速率下分别进行循环伏安
扫描，得到相对应的阳极与阴极电流密度差值（∆J）。
2
由图 7c 可知，CoS 2 /AOCF 的 C dl 为 11.21 mF/cm ，
2
远大于 CoS 2 的 C dl (3.64 mF/cm )，说明 CoS 2 /AOCF
具有比 CoS 2 更大的电化学活性比表面积。