低成本、高效的氫氣析出反應(yīng)（HER）催化劑對于提高基于清潔氫氣的能源經(jīng)濟(jì)性非常重要。由于二維二硫化鉬（2D MoS2）具有出色的催化性能，因此對其進(jìn)行了深入研究。然而，大多數(shù)報道的合成是費時、復(fù)雜的并且效率較低的。本工作證明了通過超快（60 s）微波引發(fā)的方法生產(chǎn)MoS2/石墨烯催化劑。石墨烯的高比表面積和電導(dǎo)率為MoS2納米片的生長提供了良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，同時具有快速的電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)。生成的MoS2/石墨烯納米復(fù)合材料在酸性介質(zhì)中對HER具有優(yōu)異的電催化活性，起始電位低至62 mV、陰極電流高、Tafel斜率為43.3 mV/decade。MoS2/石墨烯不僅具有出色的催化活性，而且在250 mV的超電勢下，仍顯示出長的循環(huán)穩(wěn)定性，并具有約1000 mA cm-2的非常高的陰極電流密度。此外，MoS2/石墨烯催化劑在30至120°C的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出出色的HER活性，具有36.51 kJ mol-1的低活化能，為實際的可擴(kuò)展處理提供了機會。
Figure 1. 微波引發(fā)的MoS
2/石墨烯復(fù)合物的合成，用作HER的電催化劑。
Figure 2. （a,b）石墨烯薄片和（c,d）嵌入石墨烯的MoS
2層的SEM圖像；（e）MoS
2/石墨烯的HRTEM圖像；（f）MoS
2納米片和石墨烯的高倍率HRTEM圖像；MoS
2納米片的層間距離約為6.4；（g）MoS
2/石墨烯納米復(fù)合材料的低倍TEM圖像；（h）MoS
2納米片的SAED模式
Figure 3. HER催化劑的電化學(xué)性能：（a）LSV曲線；（b）相應(yīng)的Tafel圖。電化學(xué)電容測量：（c）MoS
2/石墨烯的CV曲線；（d）MoS
2/石墨烯復(fù)合材料、MoS
2+石墨烯混合物和純MoS
2在不同掃描速率下的平均電容電流密度。
Figure 4. EIS測試：（a）用于模擬HER過程的等效電路；（b）EIS；（c）奈奎斯特圖；（d）R
ct與MoS
2/石墨烯催化劑的HER超電勢有關(guān)。
Figure 5. 穩(wěn)定性測試：（a）MoS
2/石墨烯相對于RHE的循環(huán)穩(wěn)定性；（b）時間依賴性；（c）在4000個周期后的CV曲線；（d）在進(jìn)行4000次CV循環(huán)之前和之后，對MoS
2/石墨烯復(fù)合材料進(jìn)行雙層電容測量。
Figure 6. （a）MoS
2/石墨烯復(fù)合材料的LSV曲線（0.5 mol/L H
2SO
4）；（b）MoS
2/石墨烯的相應(yīng)Arrhenius圖
相關(guān)研究成果于2020年由奧本大學(xué)Xinyu Zhang課題組，發(fā)表在Sci China Mater（doi.org/10.1007/s40843-019-9555-0）上。原文：Facile microwave approach towards high performance MoS
2/graphene nanocomposite for hydrogen evolution reaction。
摘自《石墨烯雜志》公眾號：
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