包裹在还原氧化石墨烯片层中的异种三金属硫化物纳米颗粒，用于高效碱性氢气生成

《ACS Catalysis》：Reduced Graphene Oxide Sheet-Wrapped Heterotrimetallic Sulfide Nanoparticles for Efficient Alkaline Hydrogen Evolution

rGO片层包裹的Fe3Co3Ni3S8八硫化物异质纳米颗粒（FCNS@rGO）通过GO片层与FCNS前驱体自组装及氮气800℃煅烧2小时合成，并优化了GO与FCNS比例。研究显示添加5% Sustainion XA-9离子omer的FCNS@rGO-3在1.0 M KOH中表现出优异HER活性（-100 mA cm?2），过电位低至199 mV dec?1，接近Pt/C40%基准催化剂（223 mV dec?1），且经长期稳定性测试仍保持稳定。DFT计算表明该复合材料因活性位点增多和氢吸附自由能降低（ΔG_H = 0.021 V），显著提升催化性能。

　　

通过氧化石墨烯（GO）片层与FCNS颗粒前驱体的自组装，并在800°C下氮气氛围中退火2小时，制备出了具有层状结构的还原氧化石墨烯（rGO）包裹异种三金属硫化物纳米颗粒（Fe₃Co₃Ni₃S₈ (FCNS)）（即FCNS@rGO）。元素分析证实了Fe₃Co₃Ni₃S₈的组成，而XRD则显示GO片层之间形成了纯的五硫铁矿晶体结构。通过调整GO和FCNS的用量，得到了最优化的复合材料（FCNS@rGO-3）。进一步研究了5% Sustainion XA-9碱性离子聚合物（溶于乙醇中）以及Nafion（5 wt%）全氟树脂粘合剂对FCNS@rGO-3复合材料在1.0 M KOH溶液中电催化析氢反应（HER）的影响。使用5% Sustainion XA-9碱性离子聚合物时，FCNS@rGO-3复合材料在371 mV和199 mV的分压下实现了-100 mA cm^–2的电流密度，显著优于rGO和FCNS单相材料以及负载在Nafion（5 wt%）全氟树脂上的FCNS@rGO-3（分别为561 mV和591 mV）。在相同的条件下，负载Sustainion粘合剂的FCNS@rGO-3的性能与基准Pt/C40%催化剂相当（分别为223 mV和99.6 mV）。在长期稳定性测试中（电流密度为-100 mA cm^–2），通过额外激活（0.021 V/h），该催化剂对可逆氢电极（RHE）的电压差达到了-0.57 V。密度泛函理论（DFT）计算表明，优化的FCNS@rGO-3复合材料比单相材料（rGO、FCNS）具有更多的活性位点，并显著降低了氢吸附自由能（ΔG_H），从而提升了其HER性能。