Page 167 - 《精细化工》2021年第5期

第 5 期 陈丽茹，等: 配位负载法制备 CoS 2 /AOCF 复合材料及其电催化析氢性能 ·1021·

图 7d 是 CoS 2 /AOCF 复合材料在–0.1 V 下的电 上的孤对电子形成配位，得到性能稳定的 CoS 2 /
化学 阻抗 Nyquist 图，其 中的插 图为 用于拟 合 AOCF 复合材料。这种配位键合的设计改善了 CoS 2
Nyquist 图的等效电路，W o 为韦伯阻抗。半圆图是 粒子的分散度，CoS 2 /AOCF 复合材料可以暴露更多
催化剂和电解质之间的界面电荷转移过程引起的 的活性位点，有利于电极表面氢气泡的释放，AOCF
[28]
，显示了催化剂在 HER 过程中的输送阻力。半圆 与 GC 基材之间的结合避免了使用粘结剂导致的催
的直径越小，说明催化剂的输送阻力越小。由电化 化性能降低，实现了良好的稳定性和 HER 活性。在
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学阻抗等效电路的电化学动力学拟合参数得到 10 mA/cm 的电流密度下表现出高效的 HER 性能，
CoS 2 /AOCF 和 CoS 2 修饰电极的欧姆电阻分别为 4.4 仅具有 92 mV 的过电势，Tafel 斜率为 43 mV/dec。
和 21.2 Ω，电荷转移电阻（R ct ）分别为 16.9 和 154 Ω。 本项工作中提出的策略可以为过渡金属硫化物产氢
结果表明，AOCF 的引入可以提高材料表面的电子 性能的提升提供理论参考，具有应用前景。
传输能力，使得氢在催化活性位上的吸附增加，进
参考文献：
而提升活性位的固有催化活性，有利于 HER 过程中
[1] CHU S, MAJUMDAR A. Opportunities and challenges for a
的电荷快速转移。
sustainable energy future[J]. Nature, 2012, 488(7411): 294-303.
图 7e 是循环前后的极化曲线，反映材料催化性 [2] TURNER J A. Sustainable hydrogen production[J]. Science, 2004,
能的稳定性。图 7e 插图为 3000 次循环后电极的表 305(5686): 972-974.
面状态。由图 7e 插图可观察到电极表面附有气泡。 [3] DRESSELHAUS M S, THOMAS I L. Alternative energy
在 50 mV/s 的扫描速率下对 CoS 2 /AOCF 修饰电极进 technologies[J]. Nature, 2001, 414(6861): 332-337.
[4] COOK T R, DOGUTAN D K, REECE S Y, et al. Solar energy supply
行了 3000 个连续循环的 ADT 测试，循环前后的极
and storage for the legacy and non legacy worlds[J]. Chemical
2
化曲线在 10 mA/cm 处的过电势从 92 mV 略微上升 Reviews, 2010, 110(11): 6474-6502.
至 112 mV。此外，对上述电极另进行 16 h 的计时 [5] ESPOSITO D V, HUNT S T, STOTTLEMYER A L, et al. Low-cost
电位测试以继续评测其稳定性，结果见图 7f。电位 hydrogen-evolution catalysts based on monolayer platinum on
tungsten monocarbide substrates[J]. Angewandte Chemie-International
变化很小，说明材料稳定性好。两种稳定性测试的
Edition, 2010, 49(51): 9859-9862.
方法均表明 CoS 2 /AOCF 催化剂具有良好的稳定性。 [6] LI Q, WU L H, WU G, et al. New approach to fully ordered fct-FePt
此外，通过对样品进行 N 2 吸附-脱附实验，测 nanoparticles for much enhanced electrocatalysis in acid[J]. Nano
Letters, 2015, 15(4): 2468-2473.
定样品的比表面积，CoS 2 和 CoS 2 /AOCF 样品的 N 2
[7] JIAO Y, ZHENG Y, JARONIEC M, et al. Design of electrocatalysts
吸附-脱附等温线如图 8 所示。BET 分析表明，CoS 2
for oxygen- and hydrogen-involving energy conversion reactions[J].
2
和 CoS 2 /AOCF 的比表面积分别为 2.9 和 6.9 m /g，
Chemical Society Reviews, 2015, 44(8): 2060-2086.
CoS 2 /AOCF 比表面积约为 CoS 2 的 2.4 倍。两种方法 [8] KONG D S, WANG H T, LU Z Y, et al. CoSe 2 nanoparticles grown
均表明 CoS 2 /AOCF 复合材料拥有更高的电化学活 on carbon fiber paper: An efficient and stable electrocatalyst for
性比表面积，有利于 HER 的进行。 hydrogen evolution reaction[J]. Journal of the American Chemical
Society, 2014, 136(13): 4897-4900.
[9] VOIRY D, YANG J, CHHOWALLA M. Recent strategies for
improving the catalytic activity of 2D TMD nanosheets toward the
hydrogen evolution reaction[J]. Advanced Materials, 2016, 28(29):
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[10] JIANG J, GAO M R, SHENG W C, et al. Hollow chevrel-phase
NiMo 3S 4 for hydrogen evolution in alkaline electrolytes[J]. Angewandte
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nanosheet arrays as highly active and ultrastable electrocatalysts for
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[12] FALKOWSKI J M, CONCANNON N M, YAN B, et al.
图 8 CoS 2 和 CoS 2 /AOCF 样品的 N 2 吸附-脱附等温线 Heazlewoodite, Ni 3S 2: A potent catalyst for oxygen reduction to
Fig. 8 N 2 adsorption-desorption isotherms of CoS 2 and water under benign conditions[J]. Journal of the American Chemical
CoS 2 /AOCF samples
Society, 2015, 137(25): 7978-7981.

[13] FABER M S, JIN S. Earth-abundant inorganic electrocatalysts and
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以硫酸钴、硫代硫酸钠、硫粉为原料水热合成 [14] CHEN P Z, ZHOU T P, CHEN M L, et al. Enhanced catalytic
activity in nitrogen-anion modified metallic cobalt disulfide porous
了 CoS 2 ；并通过 Co(Ⅱ)与 AOCF 中—OH 和—NH 2