NML研究文章 | 高析氢+超级电容双功能材料：MoS2纳米片/3D石墨烯空心球复合结构

本文亮点

1 通过改进的双模板法，合成了垂直生长在石墨烯空心球表面的二硫化钼纳米片阵列(h-rGO@MoS₂)。

2 与纯的MoS₂二维材料相比，双功能h-rGO@MoS₂结构表现出更好的析氢性能（起始电位为105 mV）和更高的比电容（0.5 A/g时电容量为238 F/g）

内容简介

二硫化钼（MoS₂）作为一种极具应用前景的析氢催化剂与超级电容器电极材料受到广泛关注，但由于本征电导率较小和易团聚的缺点，其电解水析氢与超级电容性能被抑制。因此，设计兼具高分散性与良好导电性的MoS₂复合材料具有重要意义。

由于石墨烯良好的导电性以及较大的比表面积，与石墨烯复合是抑制MoS₂团聚及提高导电性的有效途径。许多研究者采用二维层状石墨烯为基体来生长MoS₂。但由于π-π共轭作用，石墨烯自身也容易团聚，进而影响电解质的渗透、电荷转移以及气体的析出。

南开大学杨大驰教授课题组采用二氧化硅球和石墨烯双模板合成工艺，制备出垂直生长在石墨烯空心球上的MoS₂纳米片阵列(h-rGO@MoS₂)材料。

利用其良好的导电性、大量暴露的电化学活性位点和拓宽的(002)晶面，得到的h-rGO@MoS₂表现出更优的析氢性能。此研究为制造其他3D复合材料提供了新思路。论文的第一作者为南开大学在读博士研究生郑世政同学。

图文导读

1 h-rGO@MoS₂应用于电解水制氢催化剂

得益于石墨烯良好的导电性和垂直的阵列结构，h-rGO@MoS₂的(c)导电性提高，(e)暴露的电化学活性位点增多，因而表现出更好的析氢性能（起始电位为105 mV），同时具有良好的(f)稳定性。

2 h-rGO@MoS₂用作超级电容器电极材料

同样，相比于纯的MoS₂，h-rGO@MoS₂纳米结构具有更大的比表面积、良好的导电性，因此展现出更优的电容量（0.5 A/g时电容量为238 F/g）及(c)速率性能，同时兼具良好的(d)稳定性(经过3500次循环后电容的保持率为87.8%)。

3 h-rGO@MoS₂材料的制备

以APTES修饰的二氧化硅为模板，经过静电吸附、水热反应以及氢氟酸的刻蚀得到垂直生长在石墨烯空心球上的超薄(5-6层)二硫化钼纳米片阵列。

4 h-rGO@MoS₂材料的表征

(a)SiO₂球(b)SiO₂@GO和(c)SiO₂@GO@MoS₂的SEM和TEM图像。(d) h-rGO@MoS₂球的SEM图像。(e)h-rGO@MoS₂球的EDS元素扫描结果。其中C来自rGO，Mo和S来自MoS₂。(f) h-rGO@MoS₂的TEM图像，(g)为(f)中白色区域的HRTEM图像。