Page 176 - 《精细化工》2022年第2期

·380· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

由此可知，当 WO 3 晶体负载于单层 GO 表面后， 化峰和还原峰所对应的两个电流密度绝对值的差为
WO 3 -rGO 的 HER 性能得到显著提升。再引入 CNTs Y 轴，以扫描速率为 X 轴，拟合直线，其斜率即为
后，由于 CNTs 具有利于电子传输的空隙轨道，因 2C dl 。WO 3 -rGO-CNTs、WO 3 -rGO、WO 3 -CNTs 和
此 WO 3 -rGO-CNTs 的过电势较 WO 3 -rGO 降低了近 WO 3 4 种催化剂的 2C dl 分别为 1.20，0.96，0.95 和
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40%。虽然与商用 20% Pt/C 电极相比还存在 100 mV 0.94 mF/cm ，2C dl 越大，则表明催化剂的 HER 性能
的过电势差，但是实现了单层 GO 表面生长 WO 3 晶 越优。结合 LSV 和 CV 结果可知，WO 3 -rGO-CNTs
体并掺杂 CNTs，得到了一种具有优异 HER 性能的 是 WO 3 晶体在单层 GO 和 CNTs 形成的类似共载体
催化剂。图 4c 同样比较了 4 种催化剂和商用 20% 结构，WO 3 晶体和单层 GO 与 CNTs 间形成的纳米异
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Pt/C 电极在电流密度为 20 和 50 mA/cm 条件下的过 质结结构为 HER 催化活性的增强提供了广阔的金属
电势，结果表明，WO 3 -rGO-CNTs 的过电势仅次于 活性位点，以及利于电子传输的空隙轨道。
商用 20% Pt/C 电极。由公式 η = a×log|j| + b（其中，
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j 为电流密度，mA/cm ；η 为过电势，V；b 为起始
过电势，V）可得斜率 a 即为 Tafel 斜率，mA/dec。
图 4b 为 3 种电催化剂和商用 20% Pt/C 电极的 Tafel
斜率汇总。
Tafel 斜率越小，表明获得相同电流密度下所需
要的氢质子吸附能垒越小，HER 性能越佳 [24] 。根据
上述公式计算可知，WO 3 -rGO-CNTs、WO 3 -rGO、
WO 3 -CNTs 和 WO 3 4 种催化剂的 Tafel 斜率分别为
130.5 、 216.6 、 254.1 和 293.5 mV/dec ，其 中，
WO 3 -rGO-CNTs 表现出最低的 Tafel 斜率，表明其
HER 性能最优。但是，与商用 20% Pt/C 电极的 Tafel
斜率（74.4 mV/dec）相比，还存在约 75%的差距。
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为了测试催化剂在电流密度为 10 mA/cm 时，其过
电势条件下的长期耐久性和稳定性，进行了 I-t 性能
测试。从图 4d 可以看出，与商用 20% Pt/C 电极在
过电势为 118 mV 时，稳定性只有 17 h 相比，
WO 3 -rGO 在过电势为 362 mV 时，可以保持 30 h 的
耐久性，且电流波动平稳，表明其稳定性较好。
WO 3 -rGO-CNTs 在其过电势为 218 mV 时，其稳定
性和耐久性与 WO 3 -rGO 相比，可提升至 50 h，并且
保持了极佳的平稳度。由图 4e 可以看出 ，
WO 3 -rGO-CNTs 在进行 1000 次过电势–1.0~0 V vs.
RHE 内扫描后，LSV 极化曲线仍接近初始扫描值，
表明 WO 3 -rGO-CNTs 在经过 1000 次 LSV 扫描后，
其 HER 反应活性依然良好。图 4f 为 4 种催化剂在
过电势为–0.5 V vs. RHE 时的阻抗谱图。由图 4f 中
接近类半圆的实部曲线可知， WO 3 -rGO-CNTs 表现
出在相同过电势下最小的实部数值，其阻抗为
8.2 Ω。与 WO 3 -rGO 的阻抗 17.2 Ω，WO 3 -CNTs 的
阻抗为 17.3 Ω，与 WO 3 的阻抗 17.4 Ω 相比，
WO 3 -rGO-CNTs 具有最低的阻抗，即表明其在相同
过电势下，HER 催化性能最优。
分别对 WO 3 -rGO-CNTs、WO 3 -rGO、WO 3 -CNTs
和 WO 3 4 种催化剂在过电势为 0.10~0.20 V vs. RHE
区间内，扫描速率为 30、40、50、60、70 和 80 mV/s，
进行 CV 测试，结果见图 5a~d。图 5e 为当过电势为
0.15 V vs. RHE 时，各扫描速率下，以 CV 曲线的氧