趙煜，李佳，楊冬花，王改，張杰，王玉雪

（太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山西太原030024）

為緩解傳統(tǒng)化石燃料燃燒引起的環(huán)境污染以及能源危機(jī)問(wèn)題，H2作為一種新型清潔能源備受關(guān)注[1]。微生物電解池（MEC）能夠以較低的能耗氧化有機(jī)物同時(shí)生成氫氣，在產(chǎn)氫和處理廢水方面具有巨大潛力。

MoS2吸附氫的吉布斯自由能與Pt相近，由于其高豐度和低成本，被認(rèn)為是可替代Pt的析氫催化劑。它是一種過(guò)渡金屬硫化物，原子間通過(guò)共價(jià)鍵牢固地結(jié)合在一起，而層與層之間通過(guò)弱的范德華力相互作用結(jié)合在一起。MoS2是由兩種不同表面類(lèi)型的S-Mo-S層組成的二維的層狀結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)為：①僅暴露基底S位點(diǎn)的基底平面；②同時(shí)暴露Mo和S位點(diǎn)的邊緣平面。大量實(shí)驗(yàn)研究表明，MoS2的邊緣平面比基體平面具有更強(qiáng)的電化學(xué)活性[2]。Tan等[3]使用宏觀的輝鉬礦晶體對(duì)MoS2的基面和邊緣平面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)比較。采用各種光譜和成像技術(shù)對(duì)具有基底取向和邊緣取向的二硫化鉬晶體進(jìn)行表征，結(jié)果表明邊緣平面具有更高的電化學(xué)性能和更快的析氫速率，并且通過(guò)密度泛函理論（DFT）計(jì)算對(duì)實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。Jaramillo等[4]通過(guò)制備不同尺寸的MoS2納米粒子，系統(tǒng)地改變了MoS2在Au(Ⅲ)上的表面分布，結(jié)果表明析氫電催化活性與MoS2催化劑的邊緣位點(diǎn)數(shù)量呈線性相關(guān)。因此，暴露更多邊緣活性S原子的MoS2具有更高的析氫催化活性。

多層垂直堆砌的S-Mo-S會(huì)降低MoS2的電導(dǎo)率，且具有易于團(tuán)聚的特點(diǎn)，與其他電極間的電子傳遞速度會(huì)受到影響[5]。為了解決該問(wèn)題，將MoS2負(fù)載到碳纖維布[6]、石墨烯[7]、碳球[8]和碳納米管[9]上，可以有效避免團(tuán)聚，改善材料的電導(dǎo)率，增強(qiáng)其電催化析氫性能。多孔材料Y分子篩是一種具有較大比表面積和孔徑的鋁硅酸鹽材料。Y分子篩骨架結(jié)構(gòu)的排列方式和金剛石相似，以β籠代替金剛石中的碳原子，是由一個(gè)超籠和八個(gè)β籠構(gòu)成的十二元環(huán)結(jié)構(gòu)。Y分子篩因具有三維孔道結(jié)構(gòu)、比表面積大、耐酸性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，在催化反應(yīng)過(guò)程中被視為一種較好的催化劑負(fù)載體。Y分子篩中的主孔道能夠?yàn)楦男訷分子篩負(fù)載MoS2提供有利環(huán)境。

本文將MoS2負(fù)載在Y分子篩上，使MoS2在Y分子篩載體的表面及孔道內(nèi)充分分散，借助Y分子篩的三維籠狀結(jié)構(gòu)、比表面積大等特征，一方面可以增大MoS2的比表面積，使暴露的析氫活性位點(diǎn)增多；另一方面Y分子篩有利于促進(jìn)催化產(chǎn)物的擴(kuò)散。將兩者復(fù)合可以更好地發(fā)揮協(xié)同作用，進(jìn)而提高析氫催化能力。通過(guò)水熱法制備MoS2/Y分子篩復(fù)合材料，再均勻滴涂在碳紙上制成碳基陰極材料，應(yīng)用到MEC中產(chǎn)氫。通過(guò)LSV、Tafel、電化學(xué)阻抗（EIS）等測(cè)試考察其電化學(xué)性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

鉬酸鈉、偏鋁酸鈉購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硫脲購(gòu)于天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉購(gòu)于天津市天力化學(xué)試劑有限公司。所用試劑均為分析純?？瞻滋技堎?gòu)于上海河森電氣有限公司。

X射線衍射儀（XRD），DX2700B型，日本，CuKα射線，掃描范圍0°～80°，掃描速度8°/min。掃描電子顯微鏡（SEM），JSM-7001F型，日本JEOL公司。透射電子顯微鏡（TEM），G2 F20型，美國(guó)FEI公司。X射線光電子能譜儀（XPS），VGESCALAB250X型。物理吸附儀，ASAP-2020型，美國(guó)Micromeritics。氣相色譜儀，GC-950型，上海海欣色譜儀器公司，載氣為氬氣，填充柱為T(mén)DX-01。電化學(xué)工作站，CHI660D，上海辰華。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（1）導(dǎo) 向 劑 的 合 成按 摩 爾 比n(Na2O)∶n(Al2O3)∶n(SiO2)∶n(H2O)=(0.9～1.3)∶(0.14～0.22)∶1∶(47～80)將反應(yīng)物添加到燒杯中，攪拌至凝膠狀，并在35℃水浴鍋中加熱15～20h。

（2）Y分子篩的制備按摩爾比n(Na2O)∶n(Al2O3)∶n(SiO2)∶n(H2O)=(0.9～1.3)∶(0.3～0.45)∶1∶(47～80)將反應(yīng)物添加到聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，攪拌均勻后，添加適量的導(dǎo)向劑，并用濃硫酸調(diào)節(jié)pH，密封，并在90℃下靜置晶化24h。洗滌、抽濾和干燥后，將產(chǎn)物在550℃下煅燒6h獲得Y分子篩。

（3）MoS2/Y分子篩復(fù)合材料的制備圖1為水熱法制備MoS2/Y分子篩復(fù)合材料的過(guò)程示意圖。稱(chēng)取一定量的Y分子篩、Na2MoO4和CH4N2S，將其加入燒杯中，加入適量蒸餾水，再將其轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在220℃下反應(yīng)24h。冷卻至室溫后，收集釜中的黑色沉淀物，用無(wú)水乙醇和蒸餾水洗滌，最后在60℃的真空干燥箱中干燥12h。本實(shí)驗(yàn)制備了3種不同質(zhì)量比的MoS2/Y分子篩復(fù)合材料，具體配方如表1所示。

圖1 MoS2/Y分子篩材料的制備過(guò)程

表1 合成MoS2/Y分子篩復(fù)合材料的原料配比

（4）MEC陰極材料的制備稱(chēng)取4mg的MoS2/Y分子篩復(fù)合材料，加入0.5mL的無(wú)水乙醇，超聲分散成均勻的懸浮液。先在處理過(guò)的碳紙上滴加10μL 0.02%Nafion溶液，再用移液槍均勻地滴涂已配制好的懸浮液，最后在室溫下自然干燥得到負(fù)載量為1mg/cm2的MoS2/Y分子篩電極。通過(guò)線性掃描伏安法篩選出電化學(xué)活性最高的MoS2/Y分子篩最佳配比，再進(jìn)一步篩選出最佳負(fù)載量。對(duì)比空白碳紙、MoS2和Pt電極，將優(yōu)化條件下制備的MoS2/Y分子篩電極為研究目標(biāo)，進(jìn)行MEC產(chǎn)氫性能測(cè)試。

1.3 MEC裝置

采用圓柱體單室MEC，直徑5cm、高5cm。以碳?xì)郑?cm×5cm）為基體，取山西太原某焦化廢水處理廠厭氧池活性污泥為菌源，運(yùn)用在線馴化方式運(yùn)行30d形成成熟生物膜[10]，陰極為碳基MoS2/Y分子篩電極，參比電極為Ag/AgCl，陰、陽(yáng)兩極間距保持2cm。MEC中加入20mL厭氧活性污泥及80mL電解液。電解液組成為葡萄糖（1g/L）、氯化銨（0.0058mol/L）、氯化鉀（0.0017mol/L）、硫酸銨（0.0042mol/L）、硫酸鎂（0.0008mol/L）、氯化鈣（0.00014mol/L）、氯化鐵（0.0000037mol/L）、硫酸錳（0.000118mol/L）、碳酸氫鈉（0.03726mol/L）、二水合磷酸氫二鈉（0.0383mol/L）、二水合磷酸二氫鈉（0.0617mol/L），調(diào)節(jié)pH為7.0。在外加電壓為0.7V、溫度為35℃條件下啟動(dòng)MEC，通過(guò)排水集氣法收集陰極產(chǎn)生的氣體。

2 結(jié)果與討論

2.1 MoS2/Y分子篩催化劑電化學(xué)性能

使用三電極體系對(duì)負(fù)載量為1mg/cm2且不同配比的MoS2/Y分子篩催化劑進(jìn)行LSV分析。從圖2(a)可以看出，在線性掃描范圍內(nèi)，不同配比的MoS2/Y分子篩催化劑所產(chǎn)生的電流密度均高于空白碳紙，說(shuō)明MoS2/Y分子篩具有較好的催化析氫性能。當(dāng)電極電勢(shì)為-1.5V，MoS2∶Y分子篩質(zhì)量比分別為5∶1、5∶2、5∶3時(shí)，所對(duì)應(yīng)的電流密度 分 別 為44.59A/m2、54.98A/m2、37.16A/m2。因此，MoS2∶Y分子篩的質(zhì)量比為5∶2時(shí)，陰極催化劑所產(chǎn)生的電流密度最大。隨著MoS2∶Y分子篩的質(zhì)量比例增加，析氫催化能力先增加，然后降低?？赡苁怯捎诒M管MoS2具有催化析氫性能，但其有效比表面積小。復(fù)合材料的有效比表面積隨著Y分子篩的加入而增大，因此會(huì)暴露出更多的析氫活性位點(diǎn)。此外，Y分子篩特殊的三維孔道結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)電子轉(zhuǎn)移速率，從而改善催化劑的析氫性能。但是如果MoS2比例過(guò)高，會(huì)堵塞在分子篩的三維孔道內(nèi)部或者包覆在Y分子篩表面，進(jìn)而導(dǎo)致有效比表面積減少，不能充分地與電解質(zhì)溶液接觸，影響質(zhì)子與電荷結(jié)合，使得析氫電流密度降低。如果Y分子篩在催化劑中的比例過(guò)高，則MoS2會(huì)減少，使得析氫活性位點(diǎn)的數(shù)量變少，從而降低了陰極析氫性能。電極電勢(shì)為-1.5V，MoS2∶Y分子篩的質(zhì)量比為5∶2時(shí)，所產(chǎn)生電流密度達(dá)到最大值54.98A/m2，大于Pt電極的電流密度（50.29A/m2）。

圖2 各種材料及不同負(fù)載量MoS2/Y分子篩的LSV圖

選定MoS2∶Y分子篩的質(zhì)量比為5∶2，進(jìn)一步利用LSV選出最佳負(fù)載量。如圖2(b)所示，改變碳紙的負(fù)載量為0.5mg/cm2、1mg/cm2、1.5mg/cm2和2mg/cm2時(shí)，電極的催化析氫能力隨著負(fù)載量增加先增加然后降低。當(dāng)負(fù)載量為1.5mg/cm2時(shí)，所產(chǎn)生電流密度最大（59.12A/m2）。因此，MoS2∶Y分子篩質(zhì)量比為5∶2，負(fù)載量確定為1.5mg/cm2時(shí)，其具有優(yōu)異的催化析氫能力。

Tafel極化曲線研究了電極的析氫機(jī)理和催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)[11]，反映電催化劑的固有屬性。通過(guò)擬合Tafel曲線[圖3(a)]的線性區(qū)域可以獲得Tafel斜率[圖3(b)]。依據(jù)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，在酸性介質(zhì)中析氫反應(yīng)過(guò)程有3個(gè)步驟：第1步是氫離子和催化劑表面吸附并結(jié)合電子產(chǎn)生氫原子的電化學(xué)反應(yīng)（Volmer反應(yīng)）；第2步是電化學(xué)脫附反應(yīng)（Heyrovsky反應(yīng)）；第3步是復(fù)合脫附反應(yīng)（Tafel反應(yīng)）[12]。第2步和第3步也可能同時(shí)進(jìn)行[13]。當(dāng)Volmer反應(yīng)作為陰極析氫反應(yīng)的速率控制步驟時(shí)，Tafel斜率是120mV/dec，當(dāng)Heyrovsky反應(yīng)或Tafel反應(yīng)作為速率控制步驟時(shí)，對(duì)應(yīng)的塔菲爾斜率分別為40mV/dec或30mV/dec。

Tafel斜率越小，產(chǎn)氫速率越快。如圖3(b)所示，MoS2/Y分子篩的Tafel斜率為39.9mV/dec，遵循電化學(xué)脫附反應(yīng)機(jī)理，同時(shí)其值遠(yuǎn)小于空白碳紙（101.4mV/dec）和MoS2（85.1mV/dec），非常接近于Pt電極（37.5mV/dec）。因此，MoS2/Y分子篩陰極的析氫性能好，可與Pt電極相媲美，但價(jià)格低廉，性價(jià)比極高。

圖3 不同材料的電化學(xué)性能測(cè)試

陰極催化劑的界面電子傳遞電阻和固有電導(dǎo)率對(duì)電子傳遞速率造成影響，進(jìn)而對(duì)催化反應(yīng)效率有很大影響[14]。圖3(c)為MoS2/Y分子篩、MoS2、Pt、空白碳紙電極的電化學(xué)交流阻抗圖，用來(lái)研究電極/電解質(zhì)界面的電荷傳輸特性[15]。內(nèi)插圖為通過(guò)Zsimpwin軟件擬合獲得的等效電路圖[16]，主要是由高頻區(qū)的半圓弧構(gòu)成，半圓直徑用來(lái)衡量電荷轉(zhuǎn)移電阻（Rct)，半圓直徑越小，電荷傳遞速率越快[17]。3種陰極催化劑的半圓弧大小依次為MoS2/Y分子篩＜Pt電極＜MoS2＜空白碳紙。MoS2/Y分子篩具有最快的電荷轉(zhuǎn)移速率，與LSV、Tafel測(cè)試結(jié)果一致?？赡苁且?yàn)閅分子篩作為載體，可以有效增大電極的比表面積，暴露更多的活性位點(diǎn)，使催化劑和電解質(zhì)溶液充分接觸，進(jìn)而有利于縮短電子傳遞路徑。該結(jié)果進(jìn)一步表明，MoS2/Y分子篩可以加快電子轉(zhuǎn)移速率和提高電催化析氫性能。

2.2 MoS2/Y分子篩催化劑表征

選定MoS2∶Y分子篩質(zhì)量比為5∶2、負(fù)載量為1.5mg/cm2的MoS2∶Y分子篩復(fù)合材料進(jìn)行表征。應(yīng)用SEM和TEM表征其微觀形貌。從純MoS2的SEM圖[圖4(a)]中可以看到，MoS2為堆積的納米片狀形貌，尺寸為500～600nm，聚集堆積會(huì)使暴露的活性位點(diǎn)減少，從而限制MoS2的催化性能。圖4(b)為純Y分子篩，粒徑約為500nm，呈現(xiàn)四方片狀和六方片狀交叉聚集堆積形成的八面體結(jié)構(gòu)。當(dāng)MoS2與Y分子篩復(fù)合后，樣品表現(xiàn)為片狀和八面體相互交織疊加的云狀形貌[圖4(c)]，MoS2的片狀形貌逐漸變薄，Y分子篩的八面體形貌逐漸變?yōu)榇笮〔坏鹊那驙盍Ｗ泳奂w。相比于普通的Y分子篩，合成的復(fù)合材料MoS2/Y分子篩具有較大的比表面積，可為反應(yīng)物提供更多的活性位點(diǎn)。

圖4(d)～(f)為MoS2/Y分子篩復(fù)合材料的TEM和HRTEM圖。從圖4(d)可以看出，具有二維片狀結(jié)構(gòu)的MoS2部分沿Y分子篩的外緣生長(zhǎng)，而大多數(shù)則滲透在Y分子篩內(nèi)部。片狀MoS2將Y分子篩孔道分割成限定區(qū)域，形成相互交錯(cuò)的復(fù)合結(jié)構(gòu)。圖4(c)為圖4(d)的局部放大圖，表明復(fù)合材料為片狀MoS2和八面體Y分子篩相互交織的結(jié)構(gòu)。與圖4(a)相比，MoS2表面片層堆積現(xiàn)象有所降低，使得復(fù)合材料可以暴露更多的析氫活性位點(diǎn)，有利于反應(yīng)過(guò)程中氫分子的轉(zhuǎn)移。從圖4(f)的HRTEM圖觀察出復(fù)合材料有著排列整齊的孔道晶面結(jié)構(gòu)，晶格尺寸為0.91nm左右，MoS2交錯(cuò)處于孔道中，可以暴露更多的活性位點(diǎn)從而利于析氫反應(yīng)的發(fā)生。同時(shí)產(chǎn)生的微孔孔道結(jié)構(gòu)，可以提高電化學(xué)反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的效率，且有利于氣體擴(kuò)散。

為了研究樣品的晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)樣品進(jìn)行了X射線衍射分析。Y分子篩、MoS2和MoS2/Y分子篩復(fù)合材料的XRD譜圖如圖5所示。從Y分子篩的XRD譜圖可以觀察到，Y分子篩在2θ＝6.15°、10.08°、11.81°、15.57°、18.48°、20.21°、23.55°、26.88°、31.08°處有特征衍射峰，分別對(duì)應(yīng)(111)、(220)、(311)、(331)、(511)、(440)、(533)、(642)、(555)晶面[18]。從MoS2/Y分子篩復(fù)合材料的XRD譜圖得知，10.22°、20.07°、26.88°和31.08°處衍射峰的出現(xiàn)表明合成樣品中Y分子篩具有高的結(jié)晶度。此外，與標(biāo)準(zhǔn)譜圖（JCPDS 37-1492）相比，MoS2的所有特征衍射峰在13.99°、33.41°、39.79°和58.76°處分別指 向 純MoS2的(002)、(100)、(103)和(110)晶 面[19]。在13.99°處的(002)峰源自MoS2層之間沿c軸的干涉，代表了MoS2層在c軸上的周期序列[20]。鑒于弱范德華力是沿c軸連接MoS2層，因此很容易將Y分子篩嵌入MoS2層。Y分子篩的摻入可以延長(zhǎng)MoS2的層間距離，促進(jìn)MoS2邊緣活性位點(diǎn)的暴露[21]，有利于H+還原和H2的產(chǎn)生。MoS2/Y分子篩復(fù)合物顯示出源自MoS2的峰和Y分子篩的主峰。光譜特征表明MoS2/Y分子篩復(fù)合材料中Y分子篩和MoS2的結(jié)合良好。

圖4 不同材料的掃描電鏡及透射電鏡圖

圖5 材料的XRD圖

XPS表征用來(lái)分析MoS2/Y分子篩復(fù)合物的化學(xué)組成和元素價(jià)態(tài)。圖6(a)為MoS2/Y分子篩的高分辨率XPS全譜圖，由圖可知，此復(fù)合物存在O、Mo、S、Al、Si元素。在Mo 3d的高分辨率XPS圖譜[圖6(b)]中，結(jié)合能位于232.02eV和228.87eV處的特征峰分別代表MoS2中Mo4+的Mo 3d3/2和3d5/2[22]，此外，位于226.12eV處的特征峰代表MoS2的S 2s。圖6(c)為S 2p的高分辨率XPS譜圖，共有2個(gè)擬合峰。位于162.8eV和161.63eV處的特征峰可以分別代表S2-的S 2p1/2和2p3/2[23]。

MEC陰極催化劑的吸附、反應(yīng)和脫附受分子篩的孔道結(jié)構(gòu)影響，N2吸附-脫附等溫線常用來(lái)研究樣品的孔道性質(zhì)和比表面積。圖6(d)為樣品的N2吸附-脫附等溫線及孔徑分布圖。MoS2/Y分子篩復(fù)合物屬于典型的第Ⅰ型與第Ⅳ型吸附曲線，在相對(duì)壓力較低時(shí)吸附量較大，證明樣品內(nèi)含有微孔結(jié)構(gòu)。微孔孔壁會(huì)以較強(qiáng)烈的吸附作用使氮?dú)饪焖偬畛鋂分子篩的微孔[24]。相對(duì)壓力小于0.7時(shí)，吸附曲線較水平，說(shuō)明MoS2/Y分子篩中的微孔結(jié)構(gòu)對(duì)N2的吸附達(dá)到較飽和狀態(tài)。當(dāng)相對(duì)壓力約為0.7～1.0時(shí)，吸附曲線有明顯的上翹且出現(xiàn)較大的滯后環(huán)，該結(jié)果表明MoS2/Y分子篩有介孔結(jié)構(gòu)。在此壓力范圍內(nèi)，Y分子篩之間堆積形成的介孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致多層吸附，從而使N2的吸附量會(huì)快速增長(zhǎng)[25]。以上結(jié)果表明，該復(fù)合材料具有微孔-介孔多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)。此外，MoS2/Y分子篩復(fù)合材料的比表面積為369.34m2/g，總孔容為0.8297cm3/g，高的比表面積和大的孔容有利于增加MoS2的負(fù)載量，從而加速催化HER中的H+還原和H2擴(kuò)散。

圖6 不同材料的XPS圖及N2吸脫附曲線

2.3 MEC產(chǎn)氫性能

選定MoS2與Y分子篩質(zhì)量比為5∶2、負(fù)載量為1.5mg/cm2的MEC陰極電極，對(duì)比空白碳紙和Pt網(wǎng)，研究MEC產(chǎn)氫性能。圖7(a)為MEC的產(chǎn)氫電流密度-時(shí)間曲線圖。當(dāng)MEC啟動(dòng)后，電流密度迅速增加，穩(wěn)定一段時(shí)間后，隨著有機(jī)底物的耗盡而降低。在5個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，MoS2/Y分子篩所產(chǎn)生的平均最大電流密度為14.14A/m2，比空白碳紙（7.43A/m2）高75.21%，比Pt（13.87A/m2）高16.28%。電流密度越大，析氫性能越強(qiáng)。因此，MoS2/Y分子篩復(fù)合陰極的較大比表面積和孔結(jié)構(gòu)有利于提高析氫性能[26-27]。如圖7(b)，在每個(gè)運(yùn)行周期中，當(dāng)陰極為MoS2/Y分子篩時(shí)，每個(gè)周期的產(chǎn)氣量為(14.7±2.1)mL，遠(yuǎn)大于空白碳紙產(chǎn)氣量（5.9mL±0.7mL），略大于Pt陰極（12.7mL±1.2mL），表明MoS2/Y分子篩陰極析氫性能最高。此外，MoS2/Y分子篩、Pt電極所產(chǎn)生的氣體中，H2分別占88.4%、76.8%，CO2分別占9.6%、16.8%，CH4分別占2.1%、6.6%，由此可見(jiàn)，MoS2/Y分子篩陰極析氫性能優(yōu)于Pt網(wǎng)?？瞻滋技埡蚉t作為陰極時(shí)，甲烷生成量明顯高于MoS2/Y分子篩，分別為15.5%和6.6%，可能是由于隨著反應(yīng)進(jìn)行，產(chǎn)甲烷菌增多，會(huì)消耗CO2和H2從而產(chǎn)生更多的CH4，進(jìn)而降低氫氣的純度。

圖7 MEC中5個(gè)周期的不同陰極的電流密度圖和產(chǎn)氣圖

3種陰極MEC的氫氣轉(zhuǎn)化率（RH2）和氫氣產(chǎn)率（QH2）通過(guò)計(jì)算得出（表2）。MoS2/Y分子篩陰極的氫氣產(chǎn)率是(0.260±0.037)m3/(m3·d)，優(yōu)于Pt陰極氫氣產(chǎn)率[0.195±0.018m3/(m3·d)]。進(jìn)一步驗(yàn)證了以豐富三維孔結(jié)構(gòu)、比表面積大的Y分子篩為載體，MoS2可以充分暴露更多的催化活性位點(diǎn)，更好地發(fā)揮兩者協(xié)同作用，提高M(jìn)oS2/Y分子篩復(fù)合陰極材料的催化析氫性能。

表2 不同陰極材料的MEC產(chǎn)氫效率

3 結(jié)論

利用水熱法制備一系列MoS2/Y分子篩復(fù)合物，當(dāng)MoS2和Y分子篩的質(zhì)量比為5∶2、碳紙負(fù)載量為1.5mg/cm2時(shí)，具有最佳的析氫性能。利用SEM、TEM分析可知，MoS2/Y分子篩表現(xiàn)為片狀和八面體相互交織疊加的云狀形貌。BET測(cè)試表明該復(fù)合材料具有排列規(guī)整的微孔-介孔多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)，可以提高電化學(xué)反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移速率，加速催化HER中的H+還原和H2擴(kuò)散。EIS測(cè)試表明MoS2/Y分子篩復(fù)合物的Rct最小，具有最快的電荷轉(zhuǎn)移速率。MEC產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)表明MoS2/Y分子篩所產(chǎn)生的平均最大電流密度、產(chǎn)氫量和氫氣產(chǎn)率都高于Pt電極，但價(jià)格遠(yuǎn)低于后者。因此，MoS2/Y分子篩是一種高效價(jià)廉的優(yōu)質(zhì)析氫催化劑。