磷化鎳/氮硫雙摻雜石墨烯復合材料的制備及電催化析氫性能

趙國慶, 袁 釗, 王 連, 郭 卓

(沈陽化工大學材料科學與工程學院, 沈陽 110142)

能源在當今世界發展中起著至關重要的作用. 化石燃料是不可再生的, 過度使用化石燃料也會加劇環境污染, 因此, 開發一種清潔、可再生的能源勢在必行. 隨著技術的進步, 氫能源變得越來越重要. 電化學裂解水制氫是最環保制氫的技術之一. 目前, Pt及貴金屬合金被認為是非常有效的析氫催化材料, 但是資源稀缺且成本較高, 所以高效、低成本的非Pt催化劑的制備和性能研究已成為熱點.

迄今, 已有很多非Pt過渡金屬化合物被合成出來, 如氮化物[1]、硫化物[2]、硼化物[3]、碳化物[4]和磷化物[5,6]均被用作析氫催化劑. 其中過渡金屬磷化物(TMPs)因良好的活性和長期的耐久性而備受關注. 與其它過渡金屬磷化物相比, 磷化鎳(Ni2P)具有更好的活性和耐久性[7,8]. Ma等[9]在N摻雜還原氧化石墨烯上復合Ni2P納米顆粒(Ni2P/NRGO), 該催化劑顯現出了較高的活性. Huo等[10]制備了自支撐型磷化鎳/碳布(Ni2P/CC)復合材料, 該復合材料具有較小的塔費爾斜率和較高的交換電流密度.

石墨烯具有較高的導電性和較大的比表面積, 是提高電催化活性的理想載體. 為了獲得更多的活性位點, 利用雜原子取代某些碳原子是調節碳的物理和化學性質非常有效的方法[11]. 如當某些碳原子被氮原子取代時, 可以改變碳的催化活性、電導率和氧化穩定性, 材料的性能在很大程度上取決于碳載體的氮含量及其局部結構[12]. 在單原子摻雜被證明是提……