過渡金屬硫化物電催化劑因其在析氧反應(OER)中的優異活性而受到廣泛關注。本文通過水熱和硫化相結合的方法，成功制備了功能化N-摻雜還原氧化石墨烯(Fe-NiS/NrGO)負載的高效鐵摻雜硫化鎳催化劑。鐵摻雜改變了NiS的電子結構，加速了OER動力學。NrGO具有較大的比表面積和高導電性，促進了Fe-NiS納米顆粒的均勻分散，增加了活性催化面積，加快了電荷轉移速率。Fe-NiS(2)/NrGO表現出優異的OER性能，在1.0 M KOH條件下，過電位為344 mV，電流密度為100 mA cm
-2, Tafel斜率低至47 mV dec
-1。Fe-NiS(2)/NrGO的OER性能優于商用RuO
2。這項工作最終將有助于在未來的OER技術中合理設計高效的過渡金屬催化劑。
圖1. Fe-NiS/NrGO樣品制備示意圖。
圖2. Fe-NiS(1)/NrGO、Fe-NiS(1.5)/NrGO、Fe-NiS(2)/NrGO、Fe-NiS(2.5)/NrGO和Fe-NiS(3)/NrGO的a) LSV曲線和b) Tafel斜率。rGO、NrGO、FeS/NrGO、NiS/NrGO、Fe-NiS(2)、Fe-NiS(2)/NrGO和RuO
2的c) LSV曲線和d) Tafel斜率
圖3. a)樣品的過電位(10和100 mA cm
-2時的電流密度)和Tafel圖。b) rGO、NrGO、FeS/ NrGO、NiS/NrGO、Fe-NiS(2)、Fe-NiS(2)/NrGO和RuO
2的電化學阻抗譜。c) Fe-NiS(2)、Fe-NiS(2)/NrGO、NrGO的雙層電容。d) 1.0 M KOH條件下FeNiS(2)/NrGO的時間電位曲線。
圖4. a) Fe-NiS(2)/NrGO的XRD譜圖。b) rGO和NrGO的XRD譜圖。c) rGO、NrGO和Fe-NiS(2)/NrGO的拉曼光譜。d),e),f)NrGO、Fe-NiS(2)和Fe-NiS(2)/NrGO的氮吸附/解吸等溫線。
圖5. Fe- NiS (2)/NrGO的XPS峰反褶積X-射線光電子能譜，a)樣品測量譜，b)C1s, c) N1s, d) Fe 2p, e) Ni 2p, f) S 2p。
圖6. (a, b) NrGO和(c, d) Fe-Ni(2)/NrGO的SEM圖像。(e)Fe-Ni(2)/NrGO的EDX元素映射圖。
圖7. Fe-NiS(2)/NrGO的TEM(a)和HRTEM(b)圖像。
相關研究成果由華東師范大學上海市綠色化學與化工過程綠色化重點實驗室Yulu Zhang等人于2023年發表在Journal of Electroanalytical Chemistry (https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2023.117323)上。原文：Iron-doped nickel sulfide nanoparticles grown on N-doped reduced graphene oxide as efficient electrocatalysts for oxygen evolution reaction。
轉自《石墨烯研究》公眾號
