Appl. Catal. B:Fe和P摻雜的1 T相富集WS2三維樹枝狀納米結構高效全水分解

2021-02-26 催化計

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1 T-WS2比2H-WS2具有更高的析氫反應(HER)性能。然而,由於缺乏熱力學穩定性和大規模合成工藝的存在,1 T-WS2的研究至今仍被忽略。

有鑑於此,韓國科學技術院Hoon Kim教授和全北國立大學教授Lee Joong Hee等人,報導了在柔性碳布襯底上鐵和磷共嵌入和摻雜1T富集的二硫化鎢(WS2)的龍舌蘭型3D樹枝狀納米結構的製備,作為高效的全水分解電催化劑。

本文要點

要點1. 結合所有已知的可能改善WS2催化效率的因素,即富集1T相以改善電導率,活化潛在的基礎平面以增加催化活性位點的密度以及產生高孔隙度具有高表面積的納米結構,首次實現WS2的最高催化水分解功效。雖然很難確定哪個因素確切地起主要作用,或者哪個因素相互纏繞或相互影響很大,但同時摻雜和嵌入Fe和P有助於WS2的1T相富集並增加作為活性基礎的催化活性位點平面,從而提高了HER的性能。

要點2. 摻雜鐵有助於生成OER活性位點,從而將OER惰性WS2轉化為雙功能電催化劑。此外,Fe和P的摻雜在控制形貌方面具有至關重要的作用,以生成具有非常高的表面積和孔隙率的龍舌蘭型3D樹突狀納米1T-WS2樹枝狀結構。

要點3. 1 T-Fe/P-WS2@CC的HER和OER活性優於目前最優秀的電催化劑,在10 mA cm-2的條件下,其過電位較低(ηHER =116 mV,ηOER =267 mV),Tafel斜率較小(HER =65 mV dec-1, OER =70.1 mV dec-1),並具有顯著的耐久性。1 T-Fe/P-WS2@CC(+,-)鹼性電解槽也表現出優異的性能,在10 mA cm-2電流密度下僅需1.53 V電池電壓。

總之,該工作為基於WS2的高效,低成本電催化劑的簡單,可擴展製備開闢了一個新的思路。

Dasu Ram Paudel et al. Fe and P Doped 1 T- Phase Enriched WS2 3D-Dendritic Nanostructures for Efficient Overall Water Splitting. Applied Catalysis B: Environmental, 2021.

DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.119897

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.119897

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