過渡金屬硫化物電催化劑因其在析氧反應(yīng)(OER)中的優(yōu)異活性而受到廣泛關(guān)注。本文通過水熱和硫化相結(jié)合的方法，成功制備了功能化N-摻雜還原氧化石墨烯(Fe-NiS/NrGO)負載的高效鐵摻雜硫化鎳催化劑。鐵摻雜改變了NiS的電子結(jié)構(gòu)，加速了OER動力學(xué)。NrGO具有較大的比表面積和高導(dǎo)電性，促進了Fe-NiS納米顆粒的均勻分散，增加了活性催化面積，加快了電荷轉(zhuǎn)移速率。Fe-NiS(2)/NrGO表現(xiàn)出優(yōu)異的OER性能，在1.0 M KOH條件下，過電位為344 mV，電流密度為100 mA cm
-2, Tafel斜率低至47 mV dec
-1。Fe-NiS(2)/NrGO的OER性能優(yōu)于商用RuO
2。這項工作最終將有助于在未來的OER技術(shù)中合理設(shè)計高效的過渡金屬催化劑。
圖1. Fe-NiS/NrGO樣品制備示意圖。
圖2. Fe-NiS(1)/NrGO、Fe-NiS(1.5)/NrGO、Fe-NiS(2)/NrGO、Fe-NiS(2.5)/NrGO和Fe-NiS(3)/NrGO的a) LSV曲線和b) Tafel斜率。rGO、NrGO、FeS/NrGO、NiS/NrGO、Fe-NiS(2)、Fe-NiS(2)/NrGO和RuO
2的c) LSV曲線和d) Tafel斜率
圖3. a)樣品的過電位(10和100 mA cm
-2時的電流密度)和Tafel圖。b) rGO、NrGO、FeS/ NrGO、NiS/NrGO、Fe-NiS(2)、Fe-NiS(2)/NrGO和RuO
2的電化學(xué)阻抗譜。c) Fe-NiS(2)、Fe-NiS(2)/NrGO、NrGO的雙層電容。d) 1.0 M KOH條件下FeNiS(2)/NrGO的時間電位曲線。
圖4. a) Fe-NiS(2)/NrGO的XRD譜圖。b) rGO和NrGO的XRD譜圖。c) rGO、NrGO和Fe-NiS(2)/NrGO的拉曼光譜。d),e),f)NrGO、Fe-NiS(2)和Fe-NiS(2)/NrGO的氮吸附/解吸等溫線。
圖5. Fe- NiS (2)/NrGO的XPS峰反褶積X-射線光電子能譜，a)樣品測量譜，b)C1s, c) N1s, d) Fe 2p, e) Ni 2p, f) S 2p。
圖6. (a, b) NrGO和(c, d) Fe-Ni(2)/NrGO的SEM圖像。(e)Fe-Ni(2)/NrGO的EDX元素映射圖。
圖7. Fe-NiS(2)/NrGO的TEM(a)和HRTEM(b)圖像。
相關(guān)研究成果由華東師范大學(xué)上海市綠色化學(xué)與化工過程綠色化重點實驗室Yulu Zhang等人于2023年發(fā)表在Journal of Electroanalytical Chemistry (https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2023.117323)上。原文：Iron-doped nickel sulfide nanoparticles grown on N-doped reduced graphene oxide as efficient electrocatalysts for oxygen evolution reaction。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
