江西师范大学考研，江西师范大学考研分数线
通讯作者：袁彩雷
通讯单位：江西师范大学
涡流是在交变磁场(AMF)中产生的一种磁场效应，可以触发局部持续加热，在不损害催化剂或反应器寿命的情况下能降低能耗。遗憾的是，涡流效应对过渡金属二硫化物电催化的研究还处于起步阶段，传统的层状过渡金属二硫化物的多层结构阻碍了电催化的实际应用。典型的阶梯锥体MoS2，就像变压器中的硅片一样，具有一层一层的叠加结构，显示出不可避免的层间势垒，会抑制涡流的产生，导致磁加热效率低。
江西师范大学袁彩雷教授课题组利用倾斜衬底的化学气相沉积(CVD)方法，在SiO2/Si衬底上设计并合成了具有丰富边缘活性位点的三维螺旋锥体MoS2和阶梯锥体MoS2。三维螺旋锥体MoS2展现出优异的析氢性能。
图1. 在SiO2/Si衬底上(a)阶梯锥体MoS2逐层生长机制和(b)螺旋锥体MoS2螺旋位错驱动生长机制的示意图。(c)阶梯锥体和(e)螺旋锥体MoS2的AFM。(c)和(e)的插图为相应的高度剖面图。(d、f)分别为阶梯锥体(c)和螺旋锥体(e)MoS2中心区域的放大AFM。(g)阶梯锥体和(i)螺旋锥体MoS2的低分辨率TEM。(g)和(i)的插图为相应的SAED。(h)阶梯锥体和(j)螺旋锥体MoS2的高分辨率TEM。(h)、(j)为放大后的高分辨率TEM。
相关研究工作以“Micro Eddy Current Facilitated by Screwed MoS2 Structure for Enhanced Hydrogen Evolution Reaction”为题发表在国际著名期刊Advanced Functional Materials上 。
图2. (a)阶梯锥体和(b)螺旋锥体MoS2的电化学微电池安装示意图。(c)阶梯锥体和螺旋锥体MoS2的偏振曲线和Tafel图。(e)螺旋锥体和阶梯锥体MoS2的循环伏安扫描速率与0.15 V vs RHE下的电流密度的关系。（f)螺旋锥体和阶梯锥体MoS2的EIS Nyquist图。用C-AFM在两个位置测量（g)阶梯锥体和（h)螺旋锥体MoS2的双端IV曲线。(g)和(h)的插图为恒定偏置0.5 V下对应的电流图像。(i)阶梯锥体MoS2和螺旋锥体MoS2纳米片在HER过程中的电子转移示意图。
要点1.C-AFM实验证明，与阶梯锥体MoS2相比，螺旋锥体MoS2消除了层间势垒，电子直接沿着螺旋轨道传输，从而可以提高电子转移效率。因此，螺旋锥体MoS2展现出更优的析氢反应(HER)。
要点2.特别重要的是，电催化测量和理论模拟表明，与阶梯金字塔MoS2相比，螺旋锥体MoS2在(交变磁场)AMF作用下的HER性能有了很大的提高。因为在AMF作用下，螺旋锥体MoS2纳米片内部形成了微涡流，从而最大限度地利用了磁加热，提高电催化活性。
本研究为微涡流促进多层TMDs的HER活性提供了有前景的指导，也为今后设计场助电催化反应提供了新的思路。
图3. (a，c)阶梯锥体MoS2和螺旋锥体MoS2，b，d)有和没有AMF刺激的MoS2纳米片的极化曲线和Tafel斜率。模拟了(e)阶梯锥体和(f)螺旋锥体MoS2的涡流密度。模拟了(g)阶梯锥体和(h)螺旋锥体MoS2的温度场。
图4. (a) 500循环试验前后螺旋锥体MoS2在AMF下的极化曲线。(b) 螺旋锥体MoS2电极对AMF刺激下的HER。(c)电化学测量后的螺旋锥体MoS2的TEM和XPS。(c)的插图为电化学测量后的大尺寸螺旋锥体MoS2的低分辨率TEM。
链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202111067
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