ZIF-8/MoS2/PANI三元复合电催化剂的协同效应设计及其高效碱性析氢性能研究

本文推荐一种基于ZIF-8/MoS2/PANI（ZMoP）三元复合体系的创新电催化剂，通过调控ZIF-8的微孔结构、MoS2的活性位点暴露和PANI的导电网络，在1 M NaOH中实现86.4 mV@10 mA/cm2的低过电位和38 mV/dec的塔菲尔斜率，为替代贵金属HER催化剂提供新策略。

　　

Highlight

本研究通过将PANI嵌入的MoS₂纳米针/片结构生长在ZIF-8框架上，开发出非贵金属复合电催化剂。优化后的Z₁Mo_1.5P₁组分在碱性条件下展现出卓越的析氢反应（HER）性能：仅需86.4 mV过电位即可驱动10 mA/cm²电流密度，其塔菲尔斜率低至38 mV/dec，显著优于多数过渡金属基催化剂。

Experimental Section

所有化学品均直接使用未纯化。采用铜片（2×2×0.1 cm）为基底，通过原位聚合法将PANI与MoS₂共沉积于ZIF-8骨架。关键表征手段包括X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和氮气吸附-脱附测试（BET）。

Identification of the Phase and Crystallinity

XRD分析显示（图1），25.2°处的宽峰证实PANI成功嵌入ZIF-8骨架，而MoS₂的（002）晶面衍射峰表明其保持层状结构。比表面积测试显示ZMoP复合物具有高达993 μF的双电层电容（C_dl），暗示丰富的活性位点暴露。

HER Kinetics and Mechanism

线性扫描伏安（LSV）测试揭示Z₁Mo_1.5P₁电极的电荷转移电阻（R_CT）仅100.6 Ω，比纯MoS₂降低近10倍。这种增强源于PANI的电子调制效应——其作为电子供体优化了MoS₂边缘位点的氢吸附自由能，而ZIF-8的介孔结构促进了电解质渗透。

Conclusion

该工作通过"导电聚合物-金属硫化物-多孔框架"三元协同策略，突破传统MoS₂/石墨烯体系的局限性。催化剂经500次循环后过电位仅增加25 mV，展现出工业化应用潜力，为设计高效非贵金属HER催化剂提供新范式。