MoS2 met gecontroleerde dikte voor elektrokatalytische waterstofevolutie

Abstract

Molybdeendisulfide (MoS₂ ) heeft matige waterstofadsorptievrije energie, waardoor het een uitstekend alternatief is om edelmetalen te vervangen als katalysatoren voor waterstofevolutiereactie (HER). De dikte van MoS₂ kan de energiebandstructuur en interface-engineering beïnvloeden, wat de manier is om HAAR-prestaties aan te passen. In dit werk, MoS₂ films met verschillende diktes werden direct op het glasachtige koolstof (GC) substraat gekweekt door atomaire laagafzetting (ALD). De dikte van de MoS₂ films kunnen nauwkeurig worden gecontroleerd door het aantal ALD-cycli te regelen. De voorbereide MoS₂ /GC werd direct gebruikt als de HER-katalysator zonder bindmiddel. De experimentele resultaten laten zien dat MoS₂ met 200-ALD-cycli (de dikte van 14,9 nm) heeft de beste HER-prestaties. Overmatige dikte van MoS₂ films leiden niet alleen tot de aggregatie van dichte MoS₂ nanosheets, wat resulteert in een vermindering van actieve sites, maar ook leidt tot een toename van de elektrische weerstand, waardoor de overdrachtssnelheid van elektronen afneemt. MoS₂ laag voor laag op het substraat gegroeid door ALD-technologie verbetert ook aanzienlijk de hechtkracht tussen MoS₂ en het substraat, met uitstekende HER-stabiliteit.

Inleiding

Waterstofenergie is een uitstekende keuze geworden voor het oplossen van wereldwijde energietekorten en milieuvervuiling vanwege zijn eigen voordelen (zoals overvloedige bronnen, hoge energiedichtheid en alleen water als verbrandingsproducten) [1,2,3]. Waterstofproductie door elektrolyse van water wordt beschouwd als een groene waterstofproductietechnologie omdat het de afhankelijkheid van koolstofhoudende fossiele brandstoffen kan wegnemen [4, 5]. Hoewel de waterstofevolutiereactie (HER) waterstof kan produceren, zijn het hoge energieverbruik en de lage opbrengst altijd een punt van zorg geweest [6]. Op platina (Pt) gebaseerde edelmetaalkatalysatoren hebben een sterke katalytische activiteit laten zien, maar hun hogere prijzen en lagere reserves hebben verhinderd dat ze in de industrie worden toegepast [7]. Daarom is het verkennen en ontwikkelen van niet-edelmetaalkatalysatoren met overvloedige reserves, lage prijs, hoge efficiëntie en duurzaamheid een belangrijke strategie om de toepassing van waterstofenergie te bevorderen, dat een van de belangrijkste onderzoekshotspots is geworden [8,9,10] .

Op dit moment zijn overgangsmetaaloxiden, sulfiden, fosfiden, nitriden, carbiden, legeringen en andere katalysatoren ontwikkeld voor HER [11,12,13,14,15]. Onder hen is molybdeendisulfide (MoS₂ ) heeft een activiteit die dicht bij die van Pt ligt op katalytische plaatsen en het wordt theoretisch een voorkeurs Pt-vervangingsmateriaal in niet-edelmetaalchalcogeniden [16]. In tegenstelling tot de bulkfase, is de tweedimensionale (2D) MoS₂ met gelaagde structuur vertoont unieke oppervlakte-effecten, kleine effecten en macroscopische kwantumtunneling-effecten, wat de gerelateerde HER-prestaties aanzienlijk verbetert [17, 18]. De 2-D MoS₂ is vatbaar voor stapeling, wat het aantal actieve locaties aan de rand vermindert en de waterstofproductie beïnvloedt [19]. Om volledig gebruik te maken van de actieve sites van MoS₂ , een paar lagen MoS₂ worden geprobeerd te vervaardigen. De gebruikelijke bereidingsmethoden omvatten voornamelijk de "top-down" -methode weergegeven door de micromechanische krachtstripping, de lithiumion-intercalatie, de vloeibare fase ultrasone methode en de "bottom-up" -methode weergegeven door de thermische ontleding bij hoge temperatuur, dampafzetting, hydrothermische methode [20,21,22]. Onder hen is "top-down" moeilijk reproduceerbare productie met een hoog rendement te bereiken en de "bottom-up" is relatief beheersbaar en heeft een breed scala aan toepassingen. Chemische dampafzetting (CVD) is een representatieve methode voor het vervaardigen van minder lagen MoS₂ films [23]. Hoewel de MoS₂ films die door CVD zijn gemaakt, vertonen een hoge kwaliteit, zoals een vlak oppervlak, minder roostervervorming en andere defecten, CVD kan MoS₂ niet uniform produceren op het oppervlak van een structuur met een hoge aspectverhouding [24]. Bovendien kan de CVD-methode vanwege de lage stabiliteit en lage herhaalbaarheid niet worden gebruikt om MoS₂ te vervaardigen. met een grote schaal.

Als speciaal aangepaste CVD-methode wordt atomaire laagafzetting (ALD) ook gebruikt om dunnefilmmaterialen te vervaardigen [25]. In een ALD-cyclus wordt door een zelfbeperkende chemische reactie een volledige reactie onderbroken in twee halfreacties [26]. Alleen wanneer de actieve plaatsen van het oppervlak zijn uitgeput, stopt de eerste helft van de reactie, en dan zal er nog een halve reactie plaatsvinden [27]. De chemische reactie van de nieuw gefabriceerde atoomfilm wordt direct bepaald door de vorige laag, dus er kan maar één laag atomen per ALD-cyclus worden afgezet [28]. Tijdens het ALD-proces kan niet alleen de dikte van de film nauwkeurig worden gecontroleerd, maar kan ook de uniformiteit van de film op het substraat met complexe morfologie goed worden behouden [29]. Omdat het fabricageproces bovendien niet gevoelig is voor de hoeveelheid voorloper, heeft ALD een hoge herhaalbaarheid. Daarom is ALD geschikt voor de gecontroleerde fabricage 2-D MoS₂ films [30].

In dit werk, MoS₂ met verschillende diktes werden gecontroleerd gekweekt op glasachtige koolstof (GC) substraten door middel van ALD-technologie, en het werd direct gebruikt als een katalysator voor HER zonder bindmiddelen. De waterstofontwikkelingsprestaties van MoS₂ /GC in zure oplossing werd bestudeerd en het gerelateerde mechanisme werd ook geanalyseerd.

Methoden

De huidige studie was gericht op het verbeteren van de HER-prestaties van MoS₂ door de dikte aan te passen.

Materialen

Glasachtige koolstof (GC, 15 mm × 10 mm × 1 mm) werd gekocht bij Beijing Anatech Co., Ltd. Molybdeenpentachloride (MoCl₅ , 99,6%) werd gekocht van Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd. Waterstofsulfide (H₂ S, 99,6%) en stikstof (N₂ , 99,999%) werden ontvangen van Nanjing Special Gas Factory Co., Ltd.

Voorbereiding van MoS₂ op GC

GC met uitstekende geleidbaarheid werd gebruikt als substraat voor het vervaardigen van de enkele lagen MoS₂ film. De GC werd gedurende 5 minuten ultrasoon gereinigd met aceton, ethanol en gedeïoniseerd water en vervolgens gedurende 5 minuten behandeld met plasma. De MoS₂ film werd op GC afgezet met behulp van een commerciële ALD-apparatuur (Sunaletmr-100, Picosun). Voorafgaand aan het afzettingsproces werden de reactiekamer en de Mo-bron verwarmd tot respectievelijk 460 ° C en 210 ° C en stabiliseerden ze gedurende één uur. Dan MoCl₅ en H₂ S werden afwisselend in de reactiekamer geïnjecteerd. Het gebruikte draaggas was N₂ en de stroomsnelheid was 50 sccm. De pulstijd voor bron en reiniging was respectievelijk 0,5 s, 30 s, 0,5 s en 30 s. Door het aantal ALD-cycli te regelen tot 50, 100, 150, 200 en 250, wordt de bereiding van MoS₂ films met verschillende diktes werden bereikt.

Karakterisering

Scanning-elektronenmicroscoop (SEM) werd gebruikt om de morfologie van de katalysator te observeren met een Inspect-F50 (FEI) -instrument en de versnellingsspanning was 20 kV. Hoge resolutie-transmissie elektronenmicroscoop (HR-TEM) beelden werden verkregen op JEM-2100 (Olympus) instrument, en de versnellingsspanning was 200 kV. Röntgendiffractie (XRD) werd gebruikt om de kristalfasestructuur te bestuderen door Smartlab-3 (Rigaku). Raman-spectrometer (Raman) werd gebruikt voor analyse van de samenstelling van het vaste oppervlak door XperRam C (Nanobase) instrument, en de excitatiegolflengte is 532 nm. Atoomkrachtmicroscopie (AFM, D-5A, Micronano) werd gebruikt om de morfologie en dikte van de MoS₂ te testen film.

Elektrochemische tests

Alle elektrochemische metingen werden getest op een CHI660E elektrochemisch werkstation (CH Instruments). Elektrochemische metingen werden uitgevoerd in een systeem met drie elektroden. De tegenelektrode, referentie-elektrode en werkelektrode zijn koolstofstaaf, Ag/AgCl en MoS₂ /GC respectievelijk. De polarisatiecurve van de waterstofproductie maakt gebruik van lineaire sweep-voltammetrie (LSV), de sweep-snelheid is 5 mV/s, het bereik is − 0,5 tot 0 V en de elektrolyt is 0,5 M H₂ SO₄ . Geen van de LSV-curven was iR-gecorrigeerd. Door de Nernst-vergelijking werden alle elektrochemische potentialen omgezet in omkeerbare waterstofelektrode (RHE) spanningen:E (RHE) = E (Ag/AgCl) + 0.159 V. Het frequentiebereik van elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) is 1 Hz–100 kHz en de overpotentiaal is 200 mV. De cyclische voltammetrie (CV) en chronoamperometrie (i-t) werden gebruikt om de stabiliteit te schatten. De elektrochemische dubbellaagse capaciteit (C _dl ) test nam de CV-curve aan onder verschillende scansnelheden. Het spanningsbereik van de CV-test was 0,1-0,2 V (vs. RHE), de scansnelheid was 20-140 mV/s. Het elektrochemisch actieve oppervlak (ECSA) werd berekend uit de specifieke stroomdichtheid via de volgende relatie:

$${{A}}_{\text{ECSA}}=\frac{\text{specific~capacitance}}{\text{40}~\upmu{\text{F}}\cdot{\text{cm }}^{-2}~ {\text{percm}}_{\text{ECSA}}^{2}}$$

Resultaten en discussie

Zoals weergegeven in Afb. 1, MoS₂ films met verschillende diktes werden bereid op het GC-substraat door de ALD met MoCl₅ en H₂ S als voorlopers onder 460 ° C. De MoS₂ films bereid met 50, 100, 150, 200 en 250 ALD-cycli werden 50ALD-MoS₂ genoemd /GC, 100ALD-MoS₂ /GC, 150ALD-MoS₂ /GC, 200ALD-MoS₂ /GC en 250ALD-MoS₂ / GC respectievelijk. MoS₂ /GC kan direct als katalytische elektrode worden gebruikt zonder dat de katalysator via een bindmiddel (Nafion) op andere elektroden hoeft te worden geladen, wat gunstiger is voor grootschalige fabricage en praktische toepassing.

Schematische weergave van de gecontroleerde synthese van MoS₂ door ALD

Op de SEM-afbeeldingen (afb. 2) is te zien dat de MoS₂ films bereid door ALD op het GC-substraat hebben een goede dekking en consistentie. Naarmate het aantal cycli toeneemt, wordt de MoS₂ films worden geleidelijk dikker en de aggregatietoestanden veranderen van nanodeeltjes naar grotere nanosheets. Wanneer de ALD-cyclus laag is, MoS₂ groeit in een richting evenwijdig aan het substraat, en wanneer het aantal cycli toeneemt, MoS₂ groeit verticaal om nanosheets te vormen.

SEM-afbeeldingen van a GC, b 50ALD-MoS₂ /GC, c 100ALD-MoS₂ /GC, d 150ALD-MoS₂ /GC, e 200ALD-MoS₂ /GC en f 250ALD-MoS₂ /GC

De dikte van de MoS₂ op GC wordt bepaald door het hoogteprofiel tussen de film en het substraat te meten met een atoomkrachtmicroscoop (AFM). Uit de Fig. 3a-e, naarmate het aantal ALD-cycli toeneemt (van 50 naar 250), wordt de dikte van de MoS₂ film neemt geleidelijk toe (respectievelijk 1,3, 5,7, 10,8, 14,9 en 17,2 nm). Als het aantal ALD-cycli 50 is, is de dikte van MoS₂ is ongeveer twee lagen, en de MoS₂ film is niet volledig continu. Wanneer het ALD-cyclusnummer 250 bereikt, MoS₂ vormt dichte deeltjes, waardoor een deel van de katalytisch actieve plaatsen wordt bedekt. Zoals weergegeven in Fig. 3f, wanneer het aantal cycli toeneemt, wordt de dikte van MoS₂ neemt ongeveer lineair toe, zodat de dikte van MoS₂ nauwkeurig kan worden gecontroleerd. De gemiddelde productiesnelheid per ALD-cyclus is ongeveer 0,69 .

AFM-beelden van a 50ALD-MoS₂ /GC, b 100ALD-MoS₂ /GC, c 150ALD-MoS₂ /GC, d 200ALD-MoS₂ /GC en e 250ALD-MoS₂ /GC. De ingevoegde cijfers komen overeen met het hoogteprofiel van AFM-afbeeldingen in de positie van blauwe pijlen. v De relatie tussen het aantal ALD-cycli en de dikte van MoS₂

Afbeelding 4a is de HR-TEM-afbeelding van 200ALD-MoS₂ , en de roosterafstand van 0,64 nm komt overeen met de (002) kristalvlakafstand van MoS₂ [31]. Daarnaast zijn er enkele defecten aan de MoS₂ nanosheets, wat bevorderlijk is voor HAAR. In de elektronendiffractie in het geselecteerde gebied (SAED) behoort de binnenste laag tot het (100) kristalvlak met een afstand van 0,26 nm, en de buitenste laag is het kristalvlak met een afstand van 0,16 nm (110) (figuur 4b). Het kan worden bevestigd dat de richting van de kristalas de (001) richting is, wat aangeeft dat het monster is samengesteld uit meerdere lagen 2-D MoS₂ nanovlokken [32].

een HR-TEM-afbeelding en b elektronendiffractie in geselecteerd gebied (SAED) van 200ALD-MoS₂ film geëxfolieerd van GC-substraat

XRD-analyse werd uitgevoerd op de MoS₂ nanosheets, en de resultaten worden getoond in Fig. 5a. In vergelijking met de standaardkaart (JCPDScard nr. 37-1492), is te zien dat de MoS₂ films heeft een 2H-fase hexagonale kristalstructuur. De diffractiepiek bij 2θ =-14,4° is scherp en sterk, wat overeenkomt met (002) roostervlak, wat aangeeft dat de MoS₂ heeft een meerlagige stapel [33]. De diffractiepiek bij 32,87° die overeenkomt met (100) vlak verschijnt alleen wanneer het aantal cycli groter is dan 200 cycli, wat aangeeft dat MoS₂ nanosheets hebben een structuur buiten het vlak [34]. Behalve de koolstofpiek van de basis-GC bij 16° en 43.7° overeenkomend met (002) en (100) vlakken, verschenen er geen andere onzuiverheidspieken, wat aangeeft dat er minder onzuiverheden in het product zijn en dat de reactie relatief compleet is [35] .

een XRD en b Raman-patronen van GC en verschillende ALD-cycli MoS₂ op GC

In het Raman-spectrum (Fig. 5b) zijn de trillingspieken van 382 cm⁻¹ en 404 cm⁻¹ worden veroorzaakt door de E _2g ¹ en A _1g vibratiemodi van MoS₂ , respectievelijk. De E _2g ¹ komt overeen met de intramoleculaire trilling van S-atomen ten opzichte van Mo-atomen. De A _1g komt overeen met alleen S-atomen die buiten het vlak in de tegenovergestelde richting trillen [34]. Het verschil in de piekpositieafstand tussen de twee pieken van MoS₂ is gevoelig voor de dikte van de MoS₂ filmpje [36]. Het positieverschil tussen de twee pieken van 50ALD-MoS₂ /GC en 100ALD-MoS₂ /GC is 22,3 en 24,1 cm⁻¹ , respectievelijk. Het laat zien dat MoS₂ films stapelen zich op en worden dikker in het ALD-proces, wat ook bewijst dat de ALD een nauwkeurige en controleerbare voorbereidingsmethode is.

Er werd een standaardsysteem met drie elektroden gebruikt om de HER-activiteit van MoS₂ . te evalueren films met verschillende diktes in een 0,5 M H₂ SO₄ oplossing. Vóór de waterstofontwikkelingstest werd de CV-test gebruikt om de elektrode voor te behandelen om enkele verontreinigende stoffen op het katalysatoroppervlak te verwijderen. Uit de polarisatiecurve (figuur 6a) blijkt dat de onbeduidende stroomdichtheid in de curve bevestigt dat GC bijna geen katalytische activiteit heeft. MoS₂ met verschillende ALD-cycli heeft een significant verschillende katalytische activiteit, wat het effect van MoS₂ aangeeft met verschillende diktes. Afbeelding 6b toont het kruispunt wanneer de stroomdichtheid − 10 mA/cm² is . Aangezien het aantal ALD-cycli wordt uitgebreid van 50 naar 200, worden de HER-prestaties van de MoS₂ /GC verbetert geleidelijk, omdat de hoeveelheid katalytisch actieve MoS₂ op de GC neemt toe. Toen het aantal ALD-cycli bleef toenemen tot 250, nam de katalytische prestatie af, wat te wijten was aan de slechte geleidbaarheid van MoS₂ en ernstige aggregatie resulterend in een kleiner aantal blootgestelde actieve sites. In het algemeen zullen de katalytisch actieve plaatsen op het oppervlak van de katalysator toenemen naarmate de cycli toenemen en zullen ze de neiging hebben stabiel te zijn. Echter, een te dikke MoS₂ films kunnen de geleidbaarheid van de katalysator doen verslechteren en vervolgens de overpotentiaal verhogen. Daarom, van alle katalysatoren, 200ALD-MoS₂ /GC toont de beste HER-activiteit, met een overpotentiaal van 266 mV wanneer de stroomdichtheid -10 mA/cm² is .

een Polarisatiecurven van de verschillende monsters. b Potentieel histogram bij de stroomdichtheid van 10 mA/cm²

Afbeelding 7a, b toont de Tafel-curven en Tafel-hellingen van MoS₂ met verschillende ALD-cycli op GC. De Tafel-helling van de katalysator is negatief gecorreleerd met zijn elektrochemische prestatie. De volgorde van de Tafelhelling van MoS₂ katalysatoren bereid met verschillende ALD-cycli is:209 mV/dec (50ALD-MoS₂ /GC) > 184 mV/dec (100ALD-MoS₂ /GC) > 110 mV/dec (150ALD-MoS₂ /GC) > 103 mV/dec (250ALD-MoS₂ ) > 96 mV/dec (200ALD-MoS2). De 200ALD-MoS₂ /GC-katalysator heeft de hoogste waterstofontwikkelingsprestaties en zijn elektronenoverdrachtsnelheid is ook de snelste. De resultaten bevestigden ook dat de MoS₂ /GC HER-snelheidscontrolestap is de Volmer-reactie, dat wil zeggen, het generatieproces van geadsorbeerde waterstofatomen [37]. Wanneer het aantal ALD-cycli 200 is, neemt de hoeveelheid waterstof die op het katalysatoroppervlak wordt geadsorbeerd duidelijk toe, wat gunstig is voor HAAR.

een Tafelplots en b Tafelhellingen van MoS₂ met verschillende ALD-cycli op GC

Het effectieve elektrochemische actieve gebied is erg belangrijk voor de HER-prestaties van de katalysator en het is evenredig met de elektrochemische dubbele capaciteit (C _dl ). Het elektrochemisch actieve gebied van de katalysatoren werd vergeleken door de C . te meten _dl door CV, dat een wetenschappelijke basis bood voor de prestatievergelijking van de katalysatoren [38]. Afbeelding 8a–e toont de CV-curven van MoS₂ /GC met verschillende diktes bij verschillende scansnelheden (20-140 mV/s). Het testspanningsbereik van CV is 0,1-0,2 V (dit spanningsbereik produceert geen geïnduceerde stroom van Faraday). Vervolgens wordt de 1/2 waarde van het stroomdichtheidsverschil bij de tussenpotentiaal en de scansnelheid gebruikt om een lineair passend curvediagram te maken, en de elektrochemische dubbellaagse capaciteitswaarde van het materiaal kan worden geschat op basis van de helling van de curve . Afbeelding 8f toont de lineaire relatie tussen stroomdichtheid en scansnelheid van MoS₂ /GC. De C _dl van 50ALD-MoS₂ /GC, 100ALD-MoS₂ /GC, 150ALD-MoS₂ /GC, 200ALD-MoS₂ /GC en 250ALD-MoS₂ /GC zijn 1,13, 1,32, 1,75, 3,11 en 2,65 mF/cm² , respectievelijk. Over het algemeen is het actieve gebied van MoS₂ neemt toe met de toename van de dikte van MoS₂ , maar de ECSA van 250ALD-MoS₂ /GC is lager dan die van 200ALD-MoS₂ /GC, wat aangeeft dat buitensporige MoS₂ nanosheets zouden met elkaar aggregeren om blokken te vormen en actieve sites te verminderen.

CV-curven van a 50ALD-MoS₂ /GC, b 100ALD-MoS₂ /GC, c 150ALD-MoS₂ /GC, d 200ALD-MoS₂ /GC, en e 250ALD-MoS₂ /GC gemeten in 0,5 M H₂ SO₄ in de niet-Faradaic-regio met verschillende scansnelheden van 20 tot 140 mV s⁻¹ . v Verschillen van anodische en kathodische stroomdichtheden bij 0,15 V versus RHE als de functies van scansnelheid

Om de invloed van het aantal ALD-cycli op de HER-activiteit grondig te onderzoeken, werd de elektrochemische AC-impedantiemethode gebruikt om kinetische tests van de elektroden uit te voeren op verschillende monsters, zoals weergegeven in figuur 9a. De ladingsoverdrachtsweerstand is positief gecorreleerd met de dikte van MoS₂ , omdat MoS₂ heeft een slechte geleidbaarheid. De invloed van MoS₂ dikte op HER-prestaties werd verder geanalyseerd vanuit het ALD-groeiproces (Fig. 9b). Wanneer de dikte van MoS₂ is minder dan 3 lagen, MoS₂ groeit in verticale richting, en de driehoekige rand van MoS₂ is de belangrijkste katalysator. Wanneer de dikte van MoS₂ is groter dan 3 lagen, MoS₂ de groei zal veranderen van in-plan naar out-of-plan, waarbij nanosheet-achtige MoS₂ wordt gevormd . Vanwege het grote specifieke oppervlak en de vele actieve plaatsen van de nanosheets is het gunstig om de katalytische prestaties te verbeteren. Maar wanneer de dikte van MoS₂ 15 nm overschrijdt, zal de overmatige weerstand de elektronenoverdrachtsnelheid verminderen, wat de elektrochemische prestatie van de katalysator verslechtert.

een Nyquist-diagram van MoS₂ met verschillende ALD-cycli. b Schematische weergave van de MoS₂ groei- en elektronentransportroute voor HAAR

Duurzaamheid en stabiliteit zijn ook belangrijke indicatoren voor het onderzoeken van de prestaties van elektrokatalysatoren [39]. Over 0,5 M H₂ SO₄ elektrolyt, 200ALD-MoS₂ /GC werd continu gescand door CV en LSV werd uitgevoerd na 1000 cycli. In figuur 10a is te zien dat wanneer de stroomdichtheid -10 mA/cm² is , de overpotentiaal die nodig is vóór 1000 cycli van de katalysator is ongeveer 0,26 V, en de overpotentiaal na 1000 windingen is ongeveer 0,28. Bovendien is de activiteit van HER enigszins verzwakt, wat kan worden veroorzaakt doordat een kleine hoeveelheid katalysator van het oppervlak van de elektrode valt. Om de duurzaamheid van de MoS₂ . verder te bestuderen /GC-katalysator, de i-t-curve van de katalysator bij een stroomdichtheid van − 10 mA/cm² gedurende 32 uur werd onderzocht. Zoals te zien is in figuur 10b, is het potentieel van 200ALD-MoS₂ /GC nam snel af in het vroege stadium van de reactie, wat voornamelijk kwam doordat de bellen gevormd door de adsorptie van H⁺ in de elektrolyt op het elektrode-oppervlak werden niet op tijd gedesorbeerd in het vroege stadium van de reactie, dus een grotere overpotentiaal was nodig om een vaste stroomdichtheid te behouden. Met de verlenging van de reactietijd wordt de verzwakking van de curve geleidelijk vlak, wat voornamelijk wordt veroorzaakt door de nauwe overeenkomst tussen de vormingssnelheid van H₂ bellen op het elektrodeoppervlak en de desorptiesnelheid [40]. Kleine schommelingen in de i t curve kan worden toegeschreven aan de vorming, accumulatie en afgifte van waterstof op het elektrode-oppervlak tijdens de reactie [41]. De resultaten laten zien dat de MoS₂ film vervaardigd door de ALD-methode is stevig gehecht aan het substraat en heeft een goede stabiliteit tijdens de HER. Ter vergelijking:andere onderzoeken naar de elektrochemische waterstofontwikkelingsprestaties van MoS₂ op nanomaterialen gebaseerde nanomaterialen zijn samengevat in tabel 1. Het is te zien dat de MoS₂ voorbereid door ALD in dit werk heeft betere HAAR-prestaties dan veel MoS₂ -gebaseerde composietmaterialen, wat aangeeft dat MoS₂ met een geschikte dikte kan worden gebruikt als een effectieve HER-katalysator.

een Polarisatiecurve van de elektrode gemeten voor en na 1000 CV-cycli. b 32 uur stabiliteitstest bij een stroomdichtheid van 10 mA/cm²

Conclusies

Samengevat, MoS₂ films met verschillende diktes werden direct en nauwkeurig op het GC-substraat afgezet door het aantal cycli in het ALD-proces te regelen. 200ALD-MoS₂ /GC met een dikte van 14,9 nm toont de beste HER-prestaties, en de overpotentiaal en tafelhelling zijn − 266 mV en 96 mV/dec⁻¹ , respectievelijk. De katalytische activiteit van MoS₂ wordt eerst beter en verslechtert vervolgens met de toename van de dikte. Omdat de dichte MoS₂ nanosheets aggregeren met elkaar om de actieve sites te verminderen en de weerstand te verhogen. Bovendien is de MoS₂ films die door ALD zijn gemaakt, zijn stevig aan het substraat gehecht en vertonen een uitstekende stabiliteit. Dit werk laat zien dat de juiste dikte van MoS₂ films is gunstig voor de optimalisatie van elektrokatalytische prestaties, wat een grote inspiratie is voor MoS₂ ter vervanging van edelmetaalkatalysatoren voor waterstofontwikkeling.