多组分3D多孔结构是用于多种应用的有前途的分层材料。本文中，我们证明了MoS₂在具有可变孔径的石墨烯泡沫上的原子层沉积（ALD）是一种有前途的方法，可用于制备复杂的3D异质结构，用作氢析出反应（HER）的电催化剂。研究了MoS₂结晶度的影响，并建立了非晶态MoS₂涂层中自然存在的高缺陷密度与800℃退火后获得的高结晶相之间的权衡。具体而言，显示出在500°C的最佳退火可提高催化性能，其中的过电势为180 mV，低Tafel斜率为47 mV/dec，高交换电流为17 A/cm²。ALD沉积是高度保形的，因此，如现实应用中所要求的那样，当涂覆具有小孔径的3D多孔结构时，ALD有利。通过调节退火温度，在具有受控结晶度的多孔结构上保形薄膜沉积，可以实现这种方法。因此，此处介绍的结果可作为设计化学和结构可调、无粘结剂、复杂、轻巧和高效的3D多孔异质结构的有效且通用的平台，用于催化、储能、复合材料、传感器、水处理和更多方面的应用。
 
Figure 1. 多层石墨烯（MLF）泡沫的形成：（a）形成低密度（LD）泡沫的示意图。（b）和（c）MLG镀镍泡沫的低倍率和高倍率的SEM图像。（b）中的插图显示了约2.5厘米长的G/Ni泡沫的光学图像。（d）和（e）在蚀刻Ni之后相同泡沫的SEM图像。（d）中的插图显示了无镍泡沫的光学图像。（f）高密度（HD）泡沫组装示意图。（g–j）SEM图像。
 
 
Figure 2. MoS₂ ALD涂层和随后硫化过程的示意图。
 

Figure 3. 3D MoS₂/GFs异质结构的特征：用不同的检测器，透镜内（a）和背向（b）散射电子（BSE）拍摄的SEM图像。（c）和（d）HD-800样品的SEM图像。（e）插图中所示区域的EDS映射，Mo（红色）、S（黄色）、C（绿色）和O（浅蓝色）。（f）HD-500样品的HRTEM=。 （g）和（h）分析（f）中的层距离。（i）LD-800样品的HRTEM。（j）（i）中相同样品的选区电子衍射。
 

Figure 4. HER测量：（a）和（b）LD和HD样品的极化曲线（随着硫化温度°C变化）。（c）和（d）从（a）和（b）中的曲线计算出的两种泡沫的Tafel斜率。
 
      相关研究成果于2020年由特拉维夫大学Ariel Ismach课题组，发表在Nanoscale（DOI: 10.1039/C9NR09564K）上。原文：Light and Complex 3D MoS₂/Graphene Heterostructures as an Efficient Catalyst for the Hydrogen Evolution Reaction。