水電解是一種用于產生氫氣的先進且可持續的能量轉換技術。但是，析氫反應（HER）和析氧反應（OER）的效率低，阻礙了整體的水分解催化性能。在此，使用簡便的方法，在N、S共摻雜的石墨烯納米片（N CoS
2/G）上，由N摻雜的CoS
2納米顆粒構成雜化催化劑，該催化劑表現出優異的雙功能活性。N原子的引入不僅促進了反應中間體的吸附，而且還橋接了CoS
2納米顆粒和石墨烯以改善電子轉移。此外，使用硫脲作為N和S源可確保合成具有更多表面活性位的小得多的納米顆粒。出乎意料的是，在電流密度為10 mA cm
-2時，N CoS
2/G表現出優異的催化活性，對于OER為260 mV，對于HER為109 mV的低過電勢。組裝好的N CoS
2/G：加快了全水解速度，其電壓要求為1.58 V以達到10 mAcm
-2，這優于大多數報道的Co基雙功能催化劑和其他非貴金屬催化劑。這項工作為水電解高級雙功能催化劑提供了新的策略。
Figure 1. （a）說明N CoS
2/G和CoS
2/G材料的合成。（b,c）N CoS
2/G催化劑的TEM圖像。（d）N CoS
2/G催化劑的HRTEM圖像。（e）相應的元素映射圖像。
Figure 2. （a）商用IrO
2、石墨烯、Co-前體/G、CoS
2/G和N CoS
2/G對OER的極化曲線。（b）相應的Tafel斜率。（c）催化活性的比較。（d）在1.55 V電位下的EIS奈奎斯特圖。
Figure 3. （a）的商用Pt/C、石墨烯、CoS
2/G和N CoS
2/G對HER的極化曲線。（b）相應Tafel斜率。（c）在0.15 V恒定電勢下N CoS
2/G的計時電流曲線。（d）CoS
2/G和N CoS
2/G材料的線性擬合，并標出電流密度與掃描速率的關系圖。
Figure 4. （a）典型的兩電極配置的整體水分解池。（b）在室溫下，在1 M KOH水性電解質中，CoS
2/G和N CoS
2/G催化劑的水電解線性極化曲線。（c）N CoS
2/G催化劑在1.7 V電勢下的水分解電位計時法。（d）N CoS
2/G催化劑在10 mA cm
-2時所需的過電勢與先前報道的Co基雙功能催化劑的比較。
相關研究成果于2020年由浙江科技大學Yun Tong課題組和洛桑聯邦理工學院Zhaofu Fei課題組，發表在ChemSusChem（DOI: 10.1002/cssc.202001413）上。原文：Nitrogen Incorporated in Cobalt Sulfide/Graphene Hybrid Catalysts Affording High Activity for Overall Water Splitting。
轉自《石墨烯雜志》公眾號：
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