氮掺杂二硫化钨纳米线阵列的制备及其高效碱性电催化析氢研究

WS2是一种有前景的非贵金属析氢电催化剂,实验和理论计算表明其在酸性条件下具有较好的析氢催化活性。但在碱性条件下其析氢性能较差,过高的水解离能垒是限制其碱性析氢活性的一个关键因素。掺杂是一种常用的调节催化剂水解离能垒的有效方法,考虑到N原子具有较小的原子半径和更强的电负性,在WS2中掺杂非金属N可能是一种相对容易实现的方案。X射线衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱等分析测试表明,合成了N掺杂的WS2纳米线阵列(N-WS2)。变温反应速率及电化学阻抗谱测试表明,相比于WS2纳米线阵列,N-WS2纳米线阵列具有明显降低的水解离能垒,其碱性析氢活性大大增强。在1mol/L KOH溶液中,电流密度为10mA/cm2时,其过电位仅为115mV、塔菲斜率为73mV/dec,明显优于WS2纳米线阵列的292mV、137mV/dec。通过掺杂调节碱性电催化剂水解离能垒的设计理念为碱性析氢电催化剂的合理设计提供了一条可能的有效途径。