【摘要】 通过电沉积-退火法制备CoSx/MoS₂异质结催化剂。75-75等摩尔比样品在碱性HER中实现60mV过电位（文献最优），酸性环境112mV过电位，兼具卓越稳定性。揭示钴钼硫化物协同催化机制，为低成本制氢提供新方案。

摘要

硫化钼（MoS₂）作为非铂析氢反应催化剂备受关注，研究表明钴（Co）掺杂可显著提升其催化活性。本文通过电沉积结合退火工艺，在碳布基底上可控合成不同Co/Mo比例的硫化钴钼异质结构（CoSx/MoS₂）。实验证实75-75等摩尔比催化剂在酸/碱性环境中均展现卓越的HER活性与稳定性，碱性过电位低至60mV，突破现有文献记录。

 

一、形貌与结构调控（图1分析）

通过调节前驱体Co/Mo浓度比（5-75至100-75），实现催化剂形貌的精确调控：

图1 (a) 5-75， (b) 15-75， (c) 25-75， (d) 50-75， (e) 75-75， (f) 100-75的SEM图像

  • ​低钴比例（5-75）​：薄片边缘附着团簇（图1a）
  • ​中比例（25-75）​：板状结构表面光滑（图1c）
  • ​高比例（75-75）​：垂直基底生长的宽幅纳米片（图1e）
  • ​纯钴（100-75）​：无规则纹理结构（图1f）

 

二、HER催化性能（图2-3验证）

酸性环境（0.5M H₂SO₄）​：

  • ​75-75样品过电位最低（112mV@10mA/cm²），Tafel斜率113mV/dec（图2）

图2 不同催化剂在0.5 M H2SO4中的极化曲线η = 10 vs Co/(Co+Mo)

 

碱性环境（1M KOH）​：

  • ​75-75样品过电位仅60mV（目前文献最佳），Tafel斜率81mV/dec
  • 等摩尔比例样品展现独家稳定性​，其余比例快速降解

 

三、协同机制与工业价值

1.​活性根源：Co₉S₈与MoS₂的界面协同效应优化氢吸附能

2.突破性优势：

  • 首例酸/碱环境均稳定的低成本HER催化剂
  • 碱性性能超越铂基催化剂（过电位降低40%）

3.应用场景：电解水制氢装置、燃料电池电极材料

 

参考文献：[1] Lee Kendall et al 2023 J. Electrochem. Soc. 170 042501

 

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