水热法合成新型Dy2MoO6/rGO纳米材料作为高效析氧反应（OER）电催化剂的研究

本刊推荐：研究通过水热法成功构建Dy2MoO6/还原氧化石墨烯（rGO）复合电催化剂，其析氧反应（OER）性能显著优于单一组分（过电位仅233 mV，塔菲尔斜率35 mV/dec）。该材料具有高比表面积、优异导电性和30小时稳定性，为替代贵金属催化剂及清洁能源转化提供了新策略。

　　

Highlight

化学试剂

实验所用试剂购自Sigma Aldrich，包括六水合硝酸镝（DyH₃NO₄，99.8%）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，98%）、二水合钼酸钠（Na₂MoO₄·2H₂O，Merck，99%）、乙醇（Aldrich，99%）、盐酸（HCl，99%）、硝酸钠（NaNO₃，99%）、石墨粉（C，98%）、磷酸（H₃PO₄，98%）、高锰酸钾（KMnO₄，98.99%）、硫酸（H₂SO₄，97.99%）、过氧化氢（H₂O₂，99%）及其他分析纯试剂。

物理与元素分析

通过X射线衍射（XRD）在2θ范围10-70°内分析材料的晶体尺寸与结构。图1(a)展示了Dy₂MoO₆、rGO及Dy₂MoO₆/rGO复合物的衍射图谱。Dy₂MoO₆的衍射峰位于2θ＝28.94°、31.35°、34.56°、44.76°、47.40°、49.64°、54.39°、58.50°、60.02°，分别对应(321)、(231)、(600)、(422)、(042)、(602)、(361)、(170)、(642)晶面，与单斜晶系JCPDS卡片00–024-0388完美匹配（晶胞参数a＝15.56 ?）。rGO在26°附近呈现典型宽峰，对应其(002)晶面。复合物中Dy₂MoO₆特征峰清晰可见，且rGO峰强度减弱，表明二者成功复合。

扫描电镜（SEM）显示Dy₂MoO₆呈不规则纳米颗粒聚集，rGO为褶皱片层结构，而复合物中Dy₂MoO₆纳米颗粒均匀锚定在rGO表面，形成多孔导电网络。透射电镜（TEM）进一步证实rGO片层上分散的纳米颗粒尺寸为20-50 nm，选区电子衍射（SAED）呈现多晶环状图案。

傅里叶变换红外光谱（FTIR）中，Dy₂MoO₆在750 cm^?1和850 cm^?1处显示Mo-O伸缩振动峰，复合物中这些峰略微偏移，表明Dy₂MoO₆与rGO间存在化学相互作用。拉曼光谱中Dy₂MoO₆在810 cm^?1处出现特征峰，对应Mo-O键振动；rGO的D带（1350 cm^?1）与G带（1580 cm^?1）强度比（I_D/I_G＝1.05）表明高缺陷密度，复合物中此比值增至1.12，证明rGO成功修饰并增加活性位点。

X射线光电子能谱（XPS）显示Dy 3d、Mo 3d、O 1s和C 1s的特征峰。Dy 3d_5/2和3d_3/2结合能位于1295 eV和1330 eV，Mo 3d_5/2和3d_3/2位于232 eV和235 eV，表明Dy³⁺和Mo⁶⁺氧化态。复合物中C 1s峰位移证实rGO与Dy₂MoO₆间电子转移。

比表面积测试（BET）表明复合物具有最高比表面积（120 m²/g），远高于纯Dy₂MoO₆（35 m²/g）和rGO（80 m²/g），归因于rGO的介入防止了纳米颗粒团聚。

电化学性能

线性扫描伏安（LSV）曲线显示Dy₂MoO₆/rGO在10 mA/cm²电流密度下的过电位仅为233 mV，显著低于Dy₂MoO₆（287 mV）和rGO（321 mV）。塔菲尔斜率低至35 mV/dec，表明更快的反应动力学。电化学阻抗谱（EIS）显示复合物电荷转移电阻（R_ct）仅0.5 Ω，证实其优异导电性。稳定性测试中，复合物在30小时内电流密度仅衰减5%，凸显其结构稳健性。

结论

本研究通过简易水热法制备了Dy₂MoO₆/rGO复合电催化剂，用于高效析氧反应（OER）。该复合物凭借rGO赋予的高比表面积、良好结晶度及丰富活性位点，展现出卓越的电催化性能（低过电位、小塔菲尔斜率、高稳定性），为未来电化学能源转换应用提供了 promising 候选材料。