低成本、高效的氫氣析出反應（HER）催化劑對于提高基于清潔氫氣的能源經濟性非常重要。由于二維二硫化鉬（2D MoS2）具有出色的催化性能，因此對其進行了深入研究。然而，大多數報道的合成是費時、復雜的并且效率較低的。本工作證明了通過超快（60 s）微波引發的方法生產MoS2/石墨烯催化劑。石墨烯的高比表面積和電導率為MoS2納米片的生長提供了良好的導電網絡，同時具有快速的電荷轉移動力學。生成的MoS2/石墨烯納米復合材料在酸性介質中對HER具有優異的電催化活性，起始電位低至62 mV、陰極電流高、Tafel斜率為43.3 mV/decade。MoS2/石墨烯不僅具有出色的催化活性，而且在250 mV的超電勢下，仍顯示出長的循環穩定性，并具有約1000 mA cm-2的非常高的陰極電流密度。此外，MoS2/石墨烯催化劑在30至120°C的溫度范圍內表現出出色的HER活性，具有36.51 kJ mol-1的低活化能，為實際的可擴展處理提供了機會。
Figure 1. 微波引發的MoS
2/石墨烯復合物的合成，用作HER的電催化劑。
Figure 2. （a,b）石墨烯薄片和（c,d）嵌入石墨烯的MoS
2層的SEM圖像；（e）MoS
2/石墨烯的HRTEM圖像；（f）MoS
2納米片和石墨烯的高倍率HRTEM圖像；MoS
2納米片的層間距離約為6.4；（g）MoS
2/石墨烯納米復合材料的低倍TEM圖像；（h）MoS
2納米片的SAED模式
Figure 3. HER催化劑的電化學性能：（a）LSV曲線；（b）相應的Tafel圖。電化學電容測量：（c）MoS
2/石墨烯的CV曲線；（d）MoS
2/石墨烯復合材料、MoS
2+石墨烯混合物和純MoS
2在不同掃描速率下的平均電容電流密度。
Figure 4. EIS測試：（a）用于模擬HER過程的等效電路；（b）EIS；（c）奈奎斯特圖；（d）R
ct與MoS
2/石墨烯催化劑的HER超電勢有關。
Figure 5. 穩定性測試：（a）MoS
2/石墨烯相對于RHE的循環穩定性；（b）時間依賴性；（c）在4000個周期后的CV曲線；（d）在進行4000次CV循環之前和之后，對MoS
2/石墨烯復合材料進行雙層電容測量。
Figure 6. （a）MoS
2/石墨烯復合材料的LSV曲線（0.5 mol/L H
2SO
4）；（b）MoS
2/石墨烯的相應Arrhenius圖
相關研究成果于2020年由奧本大學Xinyu Zhang課題組，發表在Sci China Mater（doi.org/10.1007/s40843-019-9555-0）上。原文：Facile microwave approach towards high performance MoS
2/graphene nanocomposite for hydrogen evolution reaction。
摘自《石墨烯雜志》公眾號：
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