Page 147 - 《精细化工》2023年第9期
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第 9 期                 贾飞宏，等:  全 pH 范围下 MoS 2 /Ni 3 S 2 /NF 的高效电催化析氢行为                   ·1995·


                                                [8]
            对催化剂的限制，具有一定的经济效益 。近年来，                            Bruker 公司；JSM-7610F 扫描电子显微镜（SEM）、
            镍基过渡金属化合物由于导电性良好、廉价、来源                             JEM 2100F 透射电子显微镜（TEM），日本电子株式
            丰富和制备简单成为研究热点               [9-12] 。如镍基（氢）         会社；Thermo Scientific EscaLab 250Xi 型 X 射线光
            氧化物由于独特的 HO—H 键使 HER 活性提高，                         电子能谱仪（XPS），美国赛默飞世尔公司；CHI660E
            RAO 等   [13] 通过水热法制备了 Ni(OH) 2 /镍网（NF）             电化学工作站，上海辰华仪器有限公司。
            纳米片催化剂，在碱性介质中表现出高效的电催化                             1.2   制备方法
            性能。镍基硫化物由于 Ni—S 键结构在酸性、中性                              镍网预处理：将镍网裁剪成 1 cm×4 cm 的长方
            或碱性介质中表现出较好的 HER 性能，尤其是本征                          形，依次用 3.0 mol/L HCl、无水乙醇、去离子水各
            电导率高、活性面积大的 Ni 3 S 2 最为显著            [14] 。JIANG   超声清洗 0.5 h，最后在 60  ℃下干燥 6 h，记作 NF，
            等 [15] 通过电沉积法制备的薄膜 Ni 3 S 2 催化剂在中性                 并称其质量。
            磷酸盐缓冲液（PBS）以及天然水中 HER 性能良好。                            MoS 2 /Ni 3 S 2 /NF 的制备：分别将 21、41、61 和
            研究表明，形貌调控        [16] 、杂原子掺杂   [17] 、界面工程  [18-19]  81 mg (NH 4 ) 2 MoS 4 溶于 35 mL DMF 溶剂中，磁力搅
            和金属间化合物的复合           [20-21] 等策略能够提高电催化            拌（500 r/min）1 h 和超声处理（350 W）0.5 h 形成
            剂的 HER 活性。MA 等       [22] 运用一系列集成方法水热              4 份均相溶液。然后，将 NF 和溶液一起转移至 50 mL
            合成了 N 掺杂 MoS x /Ni 3 S 2 析氢催化剂，其不仅具有               具有聚四氟乙烯（Teflon）内衬的高压釜中，在烘箱
            分级纳米线结构形貌，且在酸性介质中表现出良好                             中 200  ℃反应 12 h。反应结束后，将高压釜自然冷
            的 HER 性能。 LIU 等        [23]  通 过优化硫源 合成了           却至室温，样品用去离子水和无水乙醇清洗 3 次以
            NF-MoS 2 /Ni 3 S 2 异质复合结构，结果表明，在碱性介                上，最后于 60  ℃干燥 10 h，分别得到 MoS 2 /Ni 3 S 2 /
            质中使用硫代乙酰胺时显示出最佳 HER 活性。理想                          NF-21、MoS 2/Ni 3S 2/NF-41、MoS 2/Ni 3S 2/NF-61 及 MoS 2/
            催化剂应在不同 pH 下兼具优异的电催化性能及结                           Ni 3S 2/NF-81 催化剂，并称重。图 1 为 MoS 2/Ni 3S 2/NF
            构稳定性，从而简化电解水装置和降低生产成本                      [24] 。  催化剂的制备过程示意图。
            然而，上述研究以及目前多数制备的 HER 催化剂只
            是在某种单一介质中表现出高活性，在全 pH 范围
            下未能实现高效电催化析氢，导致电催化剂使用环
            境受到制约，不利于规模化应用。
                 基于此，本文以镍网为自支撑材料，以四硫代
            钼酸铵为原料采用简单的溶剂热法制备了纳米线结

            构的 MoS 2 /Ni 3 S 2 /NF 电催化剂。通ݖ XRD、SEM、
            TEM、EDX、XPS 等іᆘؓఃྙષބࢲܒ进行分析，                            图 1  MoS 2 /Ni 3 S 2 /NF 催化剂的制备过程示意图
                                                               Fig. 1    Schematic diagram of preparation process of MoS 2 /
            并测试其在全 pH 范围下的电催化 HER 性能，金属                              Ni 3 S 2 /NF catalyst
            间化合物 MoS 2 /Ni 3 S 2 实现了良好的结构稳定性，该
            设计为制备廉价的复合结构硫化物用于全 pH 范围                               MoS 2/NF 的制备：合成方法与 MoS 2/Ni 3S 2/NF-41
            下 HER 催化剂奠定了基础。                                    相同，只是反应时不加入 NF。收集反应后釜底的黑

                                                               色固体，用去离子水、无水乙醇多次清洗和离心处
            1   实验部分
                                                               理（3000 r/min, 5 min），并于 60  ℃干燥 10 h 得到
            1.1   试剂与仪器                                        MoS 2 粉末。按照 MoS 2 /Ni 3 S 2 /NF-41 理论负载量（称
                                                                                 2
                 四硫代钼酸 铵〔 (NH 4 ) 2 MoS 4 〕、硫代 乙酰胺             重法）为 3.64 mg/cm ，称取 3.64 mg MoS 2 粉末分散
            （CH 3 CSNH 2 ）、磷酸二氢钠（NaH 2 PO 4 ）和磷酸氢              于 10 μL Nafion、80 μL 无水乙醇及 100 μL 去离子
            二钠（Na 2 HPO 4 ），上海阿拉丁生化科技有限公司；                     水形成的混合溶液中，并超声 0.5 h 使其充分溶解，
                                                                                   2
            N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、H 2 SO 4 、KOH、浓盐酸                  最后均匀涂覆于 1 cm 的 NF 上，经自然干燥得到
            （质量分数为 37%）、无水乙醇，国药集团化学试剂                          MoS 2 /NF 催化剂。
            有限公司；全氟化树脂（Nafion）溶液（质量分数                              Ni 3S 2/NF 的制备：制备方法与 MoS 2/Ni 3S 2/NF-41
            为 5%）、Pt/C（Pt 质量分数为 18.2%~20.2%），美国                相似，将(NH 4 ) 2 MoS 4 替换为 CH 3 CSNH 2 （41 mg）
            Sigma-Aldrich 公司；镍网（丝径 1 mm），苏州中迪                  合成了 Ni 3 S 2 /NF，其他条件不变。
            泰金属材料有限公司。实验中用水均为自制去离子                                 Pt/C/NF 的制备：制备方法与 MoS 2 /NF 的制备
            水，所有试剂均为分析纯。                                       方法相似，将 MoS 2 粉末替换为 Pt/C 粉末（3.64 mg），
                 D8 Advance 型 X 射线衍射仪（XRD），德国                  其他条件不变。
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