水电解是一种用于产生氢气的先进且可持续的能量转换技术。但是，析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的效率低，阻碍了整体的水分解催化性能。在此，使用简便的方法，在N、S共掺杂的石墨烯纳米片（N CoS₂/G）上，由N掺杂的CoS₂纳米颗粒构成杂化催化剂，该催化剂表现出优异的双功能活性。N原子的引入不仅促进了反应中间体的吸附，而且还桥接了CoS₂纳米颗粒和石墨烯以改善电子转移。此外，使用硫脲作为N和S源可确保合成具有更多表面活性位的小得多的纳米颗粒。出乎意料的是，在电流密度为10 mA cm^-2时，N CoS₂/G表现出优异的催化活性，对于OER为260 mV，对于HER为109 mV的低过电势。组装好的N CoS₂/G：加快了全水解速度，其电压要求为1.58 V以达到10 mAcm^-2，这优于大多数报道的Co基双功能催化剂和其他非贵金属催化剂。这项工作为水电解高级双功能催化剂提供了新的策略。
 
Figure 1. （a）说明N CoS₂/G和CoS₂/G材料的合成。（b,c）N CoS₂/G催化剂的TEM图像。（d）N CoS₂/G催化剂的HRTEM图像。（e）相应的元素映射图像。

 

Figure 2. （a）商用IrO₂、石墨烯、Co-前体/G、CoS₂/G和N CoS₂/G对OER的极化曲线。（b）相应的Tafel斜率。（c）催化活性的比较。（d）在1.55 V电位下的EIS奈奎斯特图。
 
  
Figure 3. （a）的商用Pt/C、石墨烯、CoS₂/G和N CoS₂/G对HER的极化曲线。（b）相应Tafel斜率。（c）在0.15 V恒定电势下N CoS₂/G的计时电流曲线。（d）CoS₂/G和N CoS₂/G材料的线性拟合，并标出电流密度与扫描速率的关系图。

 
Figure 4. （a）典型的两电极配置的整体水分解池。（b）在室温下，在1 M KOH水性电解质中，CoS₂/G和N CoS₂/G催化剂的水电解线性极化曲线。（c）N CoS₂/G催化剂在1.7 V电势下的水分解电位计时法。（d）N CoS₂/G催化剂在10 mA cm^-2时所需的过电势与先前报道的Co基双功能催化剂的比较。
 
      相关研究成果于2020年由浙江科技大学Yun Tong课题组和洛桑联邦理工学院Zhaofu Fei课题组，发表在ChemSusChem（DOI: 10.1002/cssc.202001413）上。原文：Nitrogen Incorporated in Cobalt Sulfide/Graphene Hybrid Catalysts Affording High Activity for Overall Water Splitting。

转自《石墨烯杂志》公众号：