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通过MoS?/Mo?C自旋耦合壳层构建晶格应变以实现双功能氧还原与析氧反应电催化剂

DOI：10.1002/admi.201900948 期刊：Advanced Materials Interfaces 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 确定有效方法以提升过渡金属二硫化物在碱性电解质中的电催化性能是一项重大挑战。本文报道了一种先进电催化剂——碳化钼（Mo2C）表面包覆二硫化钼（MoS2）壳层结构，在碱性电解质中展现出高效电催化活性。弯曲的MoS2应变片层环绕Mo2C表面，将原本惰性的MoS2基面转化为碱性电解质中高活性电催化位点。沿MoS2与Mo2C（100）晶面甚至存在范德华外延生长的范德华层，增强了二者间的自旋耦合，为碱性电解质中的优异电催化活性提供了便捷电子转移路径并解决了稳定性问题。研究发现Mo2C表面的弯曲MoS2片层存在3.45%晶格拉伸应变，其氧还原反应（ORR）催化活性（E1/2 = 0.60 V vs RHE）和析氧反应（OER）催化活性（10 mA cm?2时过电位=1.51 V vs RHE）均表现卓越，电化学活性面积较原始MoS2提升60倍。本文阐述的独特结构与合成路线为设计高活性、耐久且经济高效的ORR与OER电催化剂提供了新颖有效途径。
作者： Anand P. Tiwari，Yeoheung Yoon，Travis G. Novak，Ashraful Azam，Minhe Lee，Sun Sook Lee，Gwan-hyoung Lee，David J. Srolovitz，Ki-Seok An，Seokwoo Jeon
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

发展可再生能源生产与存储技术是满足可持续能源利用需求面临的主要科学挑战之一。氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）是可再生能源存储与转换技术（如燃料电池、金属-空气电池和水分解装置）中最重要的两类电化学反应。开发兼具高活性与稳定性的ORR/OER双功能电催化剂对电化学应用至关重要，因为这两种反应的动力学迟缓特性会限制其在诸多应用场景（尤其是可充电金属-空气电池）中的性能表现与商业化进程。

研究成果

总之，我们合成了一种Mo2C与MoS2的核壳纳米结构。该核壳纳米结构在碱性电解质中是一种高效的双功能电催化剂，对氧还原反应（ORR，半波电位E1/2 = 0.60 V vs RHE）和析氧反应（OER，在10 mA cm?2电流密度下过电位为1.51 V vs RHE）均表现出优异的电催化性能，其电化学活性面积是原始MoS2的60倍。

研究不足

贵金属材料稳定性差、稀缺且成本高昂，也是大规模应用的主要障碍。

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