多组分3D多孔结构是用于众多应用的有希望的分层材料。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密度缺陷与800°C退火后获得的高结晶相之间的权衡。具体而言，在500°C的最佳退火性能可改善催化性能，其中过电势为180 mV，Tafel斜率较低，为47 mV dec^-1，交换电流为17 μA cm^-2。ALD沉积是高度保形的，因此在涂覆具有小孔径的3D多孔结构时具有优势，这是实际应用程序所需的。这种方法可以通过调节退火温度，在具有受控结晶度的多孔结构上沉积保形薄膜实现。因此，此处介绍的结果可作为有效的通用平台，用于设计化学和结构可调、无粘合剂、复杂、轻便且高效的3D多孔异质结构，用于催化、储能、复合材料、传感器、水治疗等等。
 
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-c）MLG涂在泡沫镍上的SEM图像。（d）和（e）在蚀刻Ni之后相同泡沫的SEM图像。（d）中的插图：无泡沫镍的光学图像。（f）组装高密度（HD）泡沫的示意图。（g–j）独立HD-GF的SEM图像。
 

Figure 2. 3D MoS₂/GFs异质结构的特征：（a）透镜内和（b）背向散射电子（BSE）拍摄的SEM图像。（c,d）HD-800样品的SEM图像。（e）插图中所示区域的EDS映射。（f）HD-500样品的HRTEM。（g,h）分析（f）中的层距离。（i）LD-800样品的HRTEM。（j）（i）中的选择区域电子衍射。
 

Figure 3. 氢气析出反应（HER）测量：（a）LD和（b）HD样品的极化曲线（硫化温度不断变化）。（c）和（d）根据（a）和（b）计算出的Tafel斜率。
 

Figure 4. 退火温度的影响和催化剂的稳定性：（a-c）塔菲尔斜率、过电势和交换电流随硫化温度的变化而变化。（d）稳定性测试，初始（黑色）、1200个循环（蓝色）和3000个循环（红色）时的极化曲线。
 
     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 efficient catalysts for the hydrogen evolution reaction。

摘自《石墨烯杂志》公众号：