MOFs/SnS2复合材料的制备及其电催化析氢性能研究

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能源的枯竭给人们带来了长期的困扰,氢气作为一种新型能源,在未来可能成为主要的能源之一。电催化析氢因具有良好的稳定性、设备简易以及清新无污染等优点而备受瞩目。虽然铂金属具有优异的电催化析氢性能,但资源短缺和昂贵的价格使得我们必须要寻求可替代的电催化剂。近年来,二硫化锡(SnS2)具有独特的层状结构和大的比表面积,且其活性位点可通过相变、与其他物质进行掺杂等进行调控,逐渐进入人们的视野。MOFs是由金属离子和有机配体所构成的三维框架材料。由于其比表面积大而暴露更多的活性位点的特点在电催化领域中有着广泛的用途。本文通过水热法制备片状SnS2,研究了不同硫源、不同锡源以及p H对电化学析氢性能的影响,利用XRD、SEM和TEM等表征和电化学析氢性能测试。表征结果表明,在以硫代乙酰胺为硫源、乙酸锡(IV)为锡源和加入柠檬酸的条件下制备的SnS2(S8-N)具有较高的结晶度且形貌特征较好。电化学性能测试结果表明,S8-N具有较低的过电势(158 m V)、较小的塔菲尔斜率(180m V·dec-1)、双电层电容为3.58 m F/cm~2、良好的电催化稳定性和较低的电阻。为了进一步提高SnS2的析氢效果,将铜-均苯三甲酸金属有机框架(HKUST-1)、镍-2-甲基咪唑金属有机框架(Ni-MOF)材料分别与SnS2采用搅拌合成和研磨的方法制备HKUST-1/SnS2和Ni-MOF/SnS2复合材料。采用XRD、SEM和TEM等方法对两种复合材料进行了表征,并对其进行了电化学析氢性能测试。与纯SnS2相比,HKUST-1/SnS2和Ni-MOF/SnS2复合材料的电催化析氢性能有所提高,分别具有具有较低的过电势(HKUST-1/SnS2:142 m V,Ni-MOF/SnS2:117 m V)、较小的塔菲尔斜率(HKUST-1/SnS2:157 m V·dec-1,Ni-MOF/SnS2:163 m V·dec-1)、较大的双电层电容(HKUST-1/SnS2:8.0 m F/cm~2,Ni-MOF/SnS2:11.5 m F/cm~2)、良好的电催化稳定性和较低的电阻。
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