基于二硫化铌（NbS$_2$）的（异质）电催化剂用于高效析氢反应
化学物理
2020-03-09 v1 材料科学
摘要
设计高效且低成本的析氢反应（HER）催化剂是通过电化学水分解生产分子氢（H2）的关键。过渡金属二硫属化物（MX2），最著名的是第 6 族 MX2（如 MoS2 和 WS2），是 HER 中具有吸引力的催化剂，可替代性能最佳但极其昂贵的 Pt 族元素。然而，它们的 HER 活性通常仅限于其边缘位点而非基面。此外，其半导体性质阻碍了对催化位点的有效电子转移，从而妨碍了高速率的 H2 生产。在此，我们利用液相剥离制备的金属性（1H、2H 和 3R）NbS2 纳米片（属于金属性层状第 5 族 MX2 类）来克服上述限制。我们采用吸湿性 Li 盐化学处理以及电化学 operando 自纳米结构化方法来提高 NbS2 纳米片的 HER 活性。将 NbS2 与其他 MX2（本研究中为 MoSe2）结合，也提供了加速各自对应物 HER 动力学的异质催化剂。所设计的基于 NbS2 的催化剂在阴极电流 10 mA cm-2（n10）下的过电位在 0.5 M H2SO4 和 1 M KOH 中分别低至 0.10 和 0.22 V（相对于 RHE）。在 0.5 M H2SO4 中，基于 NbS2 的催化剂的 HER 活性在电流密度高于 80 mA cm-2 时也优于 Pt/C 基准。我们的工作为实现通过电化学途径获得可行 H2 生产的 NbS2 以及整个 MX2 系列的规模化、低成本利用提供了通用指导。
引用
@article{arxiv.2003.03257,
title = {Niobium disulphide (NbS$_2$)-based (heterogeneous) electrocatalysts for an efficient hydrogen evolution reaction},
author = {Leyla Najafi and Sebastiano Bellani and Reinier Oropesa-Nuñez and Beatriz Martín-García and Mirko Prato and Vlastimil Mazánek and Doriana Debellis and Simone Lauciello and Rosaria Brescia and Zdeněk Sofer and Francesco Bonaccorso},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.03257},
year = {2020}
}