为析氢反应（HER）在酸性介质中定制高性能、低成本且具有优异稳定性的混合电催化剂具有极其重要的意义。在此，磷化钴修饰的氮和硫共掺杂三维石墨烯(CoP@N,S-3D-GN) 电催化剂是通过简单的两步生产途径合成的，包括水热自组装和低温磷化。与磷化钴锚固的三维石墨烯(CoP@3D-GN）和氮硫共掺杂三维石墨烯(N,S-3D-GN)样品相比，得益于共掺杂和金属磷化物的协同优势，提高了HER 的电催化活性，其在 10 mA·cm ^-2 时具有仅 118 mV 的过电位，塔费尔斜率（Tafel slope）为50 mV·dec ^-1 ， 交换电流密度为2.2 × 10 -2 mA·cm ^-2。此外，在100 mV·s ⁻¹电位扫描速率下用循环伏安法测定1000次以及在120 mV的过电位下至少50 h后，其电催化活性保持不变。这项工作为金属磷化物锚定的三维石墨烯杂化电催化剂的工程设计提供了合理的途径，从而提高HER的催化性能。
 

方案1.代表性说明CoP@N,S-3D-GN杂化电催化剂拟议的两步合理生产途径。
 

图1：（A）N,S-3D-GN扫描电镜显微照片，（B）CoP@3D-GN扫描电镜显微照片（C）CoP@N,S-3D-GN扫描电镜显微照片（D）电催化剂的数字图像。
 

图2（A）、（B）为不同放大倍数的透射电子显微镜（TEM）图像；(A中插图）高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）图像和（B中插图）选区电子衍射图；(C） 相应的CoP@N,S-3D-GN杂化电催化剂TEM-EDX元素图；（D）合成电催化剂的X-衍射（XRD）图谱。
 

图3.（A）所有电催化剂的全范围X射线光电子能谱（XPS）调查，以及高分辨率; CoP@N，S-3D-GN杂化电催化剂的（B）C1s  XPS光谱、（C）N1s  XPS光谱、（D）S2p  XPS光谱、（E）Co2p  XPS光谱、（F）P2p XPS光谱。
 

图4. 合成电催化剂的（A）拉曼光谱、（B）N₂吸附/解吸等温线（B中插图为孔径分布）。
 

图5.（A）每种电催化剂在0.5 M  H₂ SO₄电解液中的LSV极化曲线，电位扫描速率为2 mV·S⁻¹；（B）不同电催化剂的Tafel图比较；（C）电催化剂稳定性能比较（实线和虚线分别表示电催化剂在100 mV·S⁻¹下的CV测量值在第1次循环之前和第1000次循环之后的LSV曲线）。插图是CoP@N,S-3D-GN的计时电流响应( i/i ₀ vs. t )，过电位为120 mV；(D） 每种电催化剂的EIS Nyquist比较图。

       相关研究成果于2021年由土耳其安塔利亚阿克德尼兹大学电力与能源系技术科学职业学院Ceren Karaman等人，发表在Electrochimica  Acta (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.138262)上。原文：Tailoring of cobalt phosphide anchored nitrogen and sulfur co-doped three dimensional graphene hybrid: Boosted electrocatalytic performance towards hydrogen evolution reaction。

转自《石墨烯杂志》公众号