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溅射非晶MoS<sub>x</sub>在电化学活化过程中作为高效析氢催化剂的结构转变识别

DOI:10.1021/acscatal.8b04884 期刊:ACS Catalysis 出版年份:2019 更新时间:2025-09-22 11:53:01
摘要: 硫化钼(MoSx)因不含贵金属且过电位较低而被视为极具潜力的析氢催化剂。其中非晶硫化钼因展现出高催化活性尤为引人关注。然而目前对析氢反应的催化机理尚未完全阐明。为此本研究采用反应磁控溅射法,在室温(RT)至500°C范围内改变衬底温度沉积MoSx薄膜层。研究表明薄膜的形貌与结构随温度呈现显著变化——从非晶态转变为高择优取向的2H-MoS2相。经电化学活化后,发现室温沉积的非晶层在0.5 M硫酸电解液(pH 0.3)中显示出最佳催化活性:当电流密度为-10 mA·cm?2时过电位仅为180 mV。 拉曼光谱检测显示,室温沉积的催化剂由通过[S?]2?和S2?配体相互连接的[Mo?S??]2?与[Mo?S??]2?基团构成。利用差分电化学质谱(DEMS)观测到:当电位从0.2 V扫描至-0.3 V(vs RHE)时,最初几分钟内会大量释放气态H?S形式的硫。经过10分钟电化学循环后,原位拉曼光谱显示这些团簇链转变为层状MoS???相。该转化过程中H?S生成逐渐消失而氢气析出成为主导反应。研究认为这种转化相是缺硫型硫化钼,其特征是纳米级MoSx岛边缘富含钼原子位点——这些位点正是催化活性中心。
作者: Fanxing Xi,Peter Bogdanoff,Karsten Harbauer,Paul Plate,Christian H?hn,J?rg Rappich,Bin Wang,Xiaoyu Han,Roel van de Krol,Sebastian Fiechter
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研究概述 实验方案 设备清单

研究溅射制备的非晶态MoSx在电化学活化过程中作为高效析氢催化剂的结构转变与催化机制。

在室温下沉积的非晶态MoSx薄膜经过电化学活化后展现出最高的析氢催化活性,在-10 mA/cm2电流密度下过电位仅为180 mV。该活化过程涉及从非晶态Mo3S13/Mo3S12团簇向缺硫MoS2-x纳米岛的结构转变,并伴随H2S释放及催化活性边缘位点的形成。这为改进地壳丰度高的析氢催化剂提供了重要见解。

该研究仅限于FTO基底上的MoSx薄膜;长期稳定性显示其随时间推移而降解。催化机制尚未完全阐明,需进一步实验以确认限速步骤并优化性能。

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