江苏大学沈小平教授、季振源副教授Small：氮掺杂碳点修饰铁钴硫化物纳米片作为高效析氧电催化剂

第一作者：吴雷

通讯作者：沈小平*，季振源*

单位：江苏大学

开发高效、耐用的析氧反应(OER)电催化剂是生产清洁氢能源的迫切需要。过渡金属硫化物由于具有良好的导电性和潜在的催化活性而成为一类很有前途的OER催化剂。然而，过渡金属硫化物催化剂在OER过程中的电催化耐久性较差，经过电化学氧化会在催化剂表面上原位形成金属羟基（氢）氧化物或氧化物。目前，结合导电碳（如石墨烯、碳纳米管、碳点等）形成复合材料被认为是提高过渡金属硫化物催化剂电化学活性和稳定性的一种可行策略。

基于此，江苏大学沈小平教授、季振源副教授合作在国际知名期刊Small上发表题为“Nitrogen-doped carbon dots modified Fe-Co sulfide nanosheets as high-efficiency electrocatalysts towards oxygen evolution reaction”的文章。

该文章通过简单的一锅溶剂热法成功合成了FeCoSy/NCDs复合材料。得益于FeCoSy的低结晶度以及与NCDs之间的协同效应，其表现出显著增强的电催化OER性能和良好的催化稳定性。同时，不同于普通的金属硫化物电催化剂，该复合材料在OER测试后可以很好地保留其形态、组成和结构。

引入Fe元素后，FeCo₂Sy具有与CoSy相似的晶体结构，但其衍射峰相对较弱。当Fe元素的比例进一步增加时，FeCoSy的衍射峰几乎消失，表明形成了非晶相。这说明Fe元素的引入可以显著影响产物的结晶性，使硫化物的结晶度降低、甚至无定形化。FeCoSy/NCDs复合材料呈现出基于纳米片的分级结构。Fe、Co、S、N和C元素在整个纳米片分级结构中的分布高度均匀，这证实了FeCoSy/NCDs复合材料的成功制备。

当Fe:Co摩尔比为1：1时， FeCoSy展现了较优的电催化OER性能，在10 mA cm^-2下具有相对较低的过电势η10 = 323 mV，优于其他比例的FeCo硫化物以及商用贵金属催化剂（IrO₂）。该结果表明，引入适量的Fe元素可以有效地提高催化剂的OER活性。此外，添加NCDs也可以显著提高FeCoSy的电催化OER性能。当添加至10 mg时，FeCoSy/NCDs-3复合材料提供了最佳的电催化OER性能，在10 mA cm^-2下具有最低的过电势η10 = 284 mV。

同时，FeCoSy/NCDs-3复合材料的Cdl值最高，说明其电化学活性表面积(ECSA)最大，催化活性位点最多。与FeCoSy相比，FeCoSy/NCDs-3复合材料的电荷转移电阻(Rct)值明显降低，表明NCDs的引入能有效促进电荷转移，增强电荷传输能力，导致其最佳的OER动力学。在24 h OER测试过程中，电流密度基本保持稳定，证明FeCoSy/NCDs-3复合材料在碱性条件下具有优异的电化学耐久性。同时，1000个CV循环前后的LSV曲线基本重合，进一步证明了其良好的循环稳定性。FeCoSy/NCDs-3优异的电催化性能可以归因于适量Fe元素的引入引起的部分电荷转移活化以及FeCoSy和NCDs之间的协同作用。

由OER测试后样品的XRD图谱可以看出，其与初始时一样仍然保持无定形态，没有出现羟基（氢）氧化物或氧化物的峰。此外，测试后样品保留了聚集的纳米片形态，且所有元素分布均匀。OER测试前后FeCoSy/NCDs-3复合材料的Fe 2p、Co 2p、S 2p和O 1s的XPS光谱几乎相同，特征峰基本一致，没有发生明显的偏移。这些结果进一步证明了FeCoSy/NCDs-3复合材料优异的电化学稳定性。复合材料中的FeCoSy在OER测试后得到了很好的保留，表明FeCoSy/NCDs复合材料的形成可以显著提高电催化剂的稳定性，这可以归因于FeCoSy和NCDs之间的协同效应。

Nitrogen-doped carbon dots modified Fe-Co sulfide nanosheets as high-efficiency electrocatalysts towards oxygen evolution reaction

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