二硫化钴多孔风叶结构助力肼辅助高效电解产氢

作者：孙强强^*; 赵鹏程; 吴若雨; 曹宝月; 王毅梦; 樊雪梅

来源：无机化学学报, 2023, 39(03): 422-432.

• CoS2
• 析氢反应
• 肼氧化反应
• 协同催化
• 反应路径

以泡沫镍(NF)为基底，采用一步水热法制备了主晶相为CoS2、夹杂少量NiO相、具有三维多孔风叶结构的CoS2/NF电极材料。当溶液中钴硫物质的量之比为1∶5时，在140℃下保温18 h，获得了由10 nm厚度的纳米片构成的三维风叶结构的晶态CoS2/NF电催化剂。CoS2/NF在肼氧化及析氢反应中均表现出优异的催化性能，在水合肼碱性介质中，获得-10 mA·cm-2的析氢电流密度时，需要的过电势仅为83 mV，获得50 mA·cm-2的氧化电流密度时，需要的肼氧化电位仅为51 mV(vs RHE)；在水合肼辅助电解水双功能电解槽中，获得100 mA·cm-2的电流密度时，需要的分解槽压仅为0.550 V，远低于其在同条件下全水分解的2.075 V，大幅减小了电能消耗，极大地提高了电解水产氢效率。无论在三电极体系还是双电极体系，CoS2/NF均表现出优异的长效稳定性及耐用性。分析认为，电极表面多孔风叶结构的形成，使其电化学活性面积增加了24倍，为催化反应的发生提供了海量的活性位点及物质传递通道。CoS2及NiO相的形成，在一定程度上协同改善了本征析氢活性。CoS2/NF的组成、结构特性共用造就了其优异催化性能，其中结构优势起主导作用。通过机理研究，提出了CoS2/NF在析氢及肼氧化过程中的反应路径。

• 单位
  材料学院; 商洛学院; 陕西省尾矿资源综合利用重点实验室