室温合成非晶三硫化钼析氢催化剂的性能调制以及其在串联制氢器件中的应用

高催化活性、低成本、良好工艺兼容性以及高稳定性的析氢催化剂是实现一体化光电化学水解制氢器件的关键, 然而传统的贵金属催化剂由于储量稀缺、成本高昂而严重限制了光电化学水解制氢器件的产业化进程. 本文在室温下通过湿法化学合成法制备了高催化活性、成本低廉以及工艺兼容性好的非金属非晶三硫化钼析氢催化剂, 并研究了不同催化剂滴涂量对其催化活性以及串联制氢器件制氢性能的影响. 结果表明, 存在最优化非晶三硫化钼催化剂滴涂量以获得最佳催化活性(10 mA/cm²电流密度对应电势达260 mV vs. RHE(可逆氢电极), 塔菲尔斜率达68 mV/dec), 其粗糙表面以及多孔结构可获得更大的电化学接触面积以促进析氢反应. 进一步将其作为光阴极应用于串联制氢器件, 可有效降低过电势损失和提高光生电流密度输出, 与光阳极结合有望提高制氢效率.     

类桑拿法制备的周期性结构Mo金属催化电极及其在电解水制氢中的应用

采用类桑拿法制备了聚苯乙烯微球模板, 结合双层Mo金属结构, 获得了具有周期性结构的Mo金属催化电极. 通控制氧气对聚苯乙烯球的刻蚀时间, 可有效调制Mo金属催化电极的横、纵向尺寸, 从而获得不同的衬底比表面积. 通过原子力显微镜表面形貌测试、电化学线性扫描、塔菲尔测试以及阻抗谱分析表明: 增大刻蚀时间可有效提高Mo金属催化电极的表面粗糙度和比表面积, 进而降低电荷传输电阻和塔菲尔斜率, 促进催化电极/电解液界面处析氢反应的进行. 采用类桑拿法和双层Mo金属结构制备周期性结构的方法简单, 可大面积化, 同时低温磁控溅射法制备的Mo金属催化电极成本低廉, 温度兼容多种太阳电池器件, 具有形成高效一体化光水解制氢器件的潜力.