Page 177 - 《精细化工》2022年第1期
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第 1 期 卫学玲，等: 一步水热法制备高效析氧 3D 花球阵列 Co 9 S 8 /MoS 2 @TM 催化电极 ·167·
利用 ZSimpWin 软件拟合不同催化电极在 0.7 V
电位下测试的电化学阻抗奈奎斯特图，结果如图 3d
所示。拟合半圆是催化剂与电解质之间的界面电荷
[1]
转移过程引起的 ，半圆的直径越小，说明催化剂
在 电子传 输过 程中受 到的 阻力越 小。 显然 ，
CMS2@TM 催化电极的拟合半圆直径最小，表明该
电极与电解液界面更容易进行电荷转移，这一结果
与图 3c 显示的 Tafel 斜率结果一致，即 CMS2@TM
催化电极有利于促进四电子转移的 OER 进行。
电化学双电层电容与其电化学活性面积成正
比，电化学活性面积越大，为催化反应提供的活
性位点越多，图 3e 展示了不同制备电极的 C dl 对
比。其中，纵坐标为电极的电流密度差（Δj/2=
|j a –j c |；j a 为阳极电流密度，j c 为阴极电流密度），
横坐标为扫描速率。从图 3e 可以看出，在非法
拉第电势测试区间内，电流密度差与扫描速率呈
线性关系，线性拟合后的斜率即为 C dl 值。从图 3e 中
可以得到，MoS 2 @TM、Co 9 S 8 @TM 及 RuO 2 @TM 的
2
C dl 分别为 1.01、1.48 和 1.86 mF/cm ；CMS1@TM、
CMS2@TM、CMS3@TM 的 C dl 分别为 1.74、2.01
2
和 1.89 mF/cm 。对比可知，CMS2@TM 的活性面
积最大，因而可为 OER 提供更多的活性位点。这
一结果与 SEM 所呈现的形貌相契合，即具有明
锐边缘的微小 3D 花球状的催化剂比表面积越
大，越有利于催化剂和基体之间形成耦合界面，
促进电子的转移。
表 1 展示了近年来文献报道的 Co、Mo、S 复合
催化剂在碱性电解液中 OER 催化性能对比。本实验
图 3 催化电极的极化曲线（a）、过电势（b）、Tafel 斜 以钛网为基底制备的 CMS2@TM 达到电流密度为
2
率（c）、奈奎斯特图（d）和 C dl 曲线（e） 10 mA/cm 时所需过电位和 Tafel 斜率均有优势。尤
Fig. 3 Polarization curves (a), overpotentials (b), Tafel slopes 为重要的是，本实验采用一步水热法，制备流程简
(c), Nyquist plots (d) and C dl curves (e) of as-
prepared electrodes 单，能耗低，更具工业应用前景。
通过前述电化学性能测试对比可知，CMS2@TM
根据极化曲线，对不同催化电极驱动电流密度 催化电极具有优异的 OER 催化活性，为了考察该电
2
为 10、50、100 mA/cm 的过电势进行比较，结果如 极的工业化应用能力，对其进行循环稳定性和耐久
图 3b 所示。由图 3b 可知，电流密度为 10 mA/cm 2 性测试。对比 CMS2@TM 电极在连续 500 个循环伏
时，CMS3@TM 所需的过电势最低（246 mV）；但 安测试前后的极化曲线和电化学阻抗奈奎斯特图，
随着电流密度的增加，CMS2@TM 所需的过电势变 结果分别见图 4a、b。从图 4a、b 可以看出，循环前
为最低，说明 CMS2@TM 具有较好的稳定性且在大 后的极化曲线中起始电位以及测试区间内获取的最
的电势下其催化活性更为优异。对催化电极的极化 高电流密度几乎没有变化。拟合前后半圆的直径变
曲线进行拟合转换得到塔菲尔（Tafel）斜率，用以 化微小，可以看出，所制备电极具有较好的稳定性。
评价催化剂在 OER 过程中的反应动力，结果如图 为了进一步研究其稳定性，还在 0.8~1.0 V 区间内测
3c 所示。由图 3c 可知，经计算，CMS1@TM、 试了多步电压曲线，结果如图 4c 所示。由图 4c 可
CMS2@TM、CMS3@TM 的 Tafel 斜率分别为 104.7、 知，该曲线在每个测试电压区间内都非常平滑，无
88.5、103.6 mV/dec，均低于 Co 9 S 8 @TM(111.4 mV/dec)、 上下波动。综上可知，CMS2@TM 具有优异的循环
MoS 2 @TM(105.2 mV/dec)和 RuO 2 @TM (117.0 mV/dec)， 稳定性。此外，分别在 1.56、1.59 V vs.RHE 恒电位
说明 CMS2@TM 电极具有优异的析氧催化动力学。 下对 CMS2@TM 和 RuO 2 @TM 电极进行计时稳定性
