لایه‌نشانی نانوصفحات دی سولفید مولیبدن بر روی پارچه کربنی به روش الکتروفورتیک و بررسی عملکرد آنها در واکنش تولید هیدروژن

نوع مقاله: مقاله کامل پژوهشی

نویسنده

دانشگاه صنعتی سهند-دانشکده علوم

چکیده

در این پژوهش، با به کارگیری امواج فراصوت در یک روش دو مرحله‌ای، نانوصفحات دی سولفید مولیبدن از بالک آن تهیه گردید و سپس، با روش ساده و عاری از اتصال‌دهنده الکتروفورتیک در زمان‌های 20، 60، 120 و 180 دقیقه بر روی پارچه کربنی به عنوان زیرلایه رسانای سه بعدی لایه‌نشانی گردید. به منظور کنترل آبدوستی، پارچه کربنی آب‌گریز در زمان‌های 300 و 800 ثانیه با روش الکتروشیمیایی فعال-سازی شد و زمان فعال‌سازی بهینه انتخاب گردید. اندازه‌گیری‌های الکتروشیمیایی نشان داد که با افزایش زمان لایه‌نشانی و افزایش نانوصفحات دی سولفید مولیبدن به عنوان ماده الکتروکاتالیست بر روی پارچه کربنی فعال شده، پتانسیل مازاد تولید هیدروژن کاهش می-یابد. الکترود لایه‌نشانی شده در مدت زمان 180 دقیقه، به چگالی جریان mA/cm2 10- در پتانسیل (vs RHE) V 210/0- رسید و پایداری نسبتا خوبی پس از 900 چرخه از خود نشان داد. براساس نتایج حاصل، لایه‌نشانی نانوصفحات دی سولفید مولیبدن بر روی پارچه کربنی فعال شده به روش الکتروفورتیک، یک ساختار سه بعدی و عاری از اتصال‌دهنده برای واکنش تولید هیدروژن پیشنهاد می‌کند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Deposition of Molybdenum disulfide nanosheets on carbon cloth by electrophoretic method and their performance in hydrogen evolution reaction

نویسنده [English]

  • samira Yousefzadeh
چکیده [English]

In this study, using ultrasound waves in a two-step method, molybdenum disulfide nanosheets were prepared from its bulk and then, deposited by a simple and binder free electrophoretic method at times of 20, 60, 120 and 180 min on carbon cloth as a three-dimensional conductive substrate. In order to control hydrophilicity, hydrophobic carbon cloth was activated electrochemically at 300 and 800 s and optimum activation time was selected. The electrochemical measurements showed that by increasing the deposition time and increasing the amount of molybdenum disulfide nanosheets as an electrocatalyst material on the activated carbon cloth, the hydrogen evolution overpotential decreased. The deposited electrode at time of 180 min reached to current density of -10 mA/cm2 at potential of -0.210 V (vs RHE) and showed relatively good stability after 900 cycles. Based on the obtained results, the deposition of molybdenum disulfide nanosheets on the activated carbon cloth by electrophoretic method offers a three-dimensional and binder free structure for the hydrogen evolution reaction

کلیدواژه‌ها [English]

  • Molybdenum disulfide nanosheets
  • Carbon cloth
  • Overpotential
  • Hydrogen evolution reaction
  1. Elmas, S., Beelders, W., Bradley, S. J., Kroon, R., Laufersky, G., Andersson, M., and Nann, T., Platinum terpyridine metallopolymer electrode as cost-effective replacement for bulk platinum catalysts in oxygen reduction reaction and hydrogen evolution reaction, ACS Sustainable Chemistery & Engineering, 2017 (5)10206-10214.
  2. Zeng, M., and Li, Y., Recent advances in heterogeneous electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction, Journal of Materials Chemistry A, 2015 (3) 14942-14962.
  3. Yu, H., Yu, X., Chen, Y., Zhang, Sh., Gao, P., and Li, Ch., A strategy to synergistically increase the number of active edge sites and the conductivity of MoS2 nanosheets for hydrogen evolution, Nanoscale, 2015 (7), 8731-8738.
  4. Zang, X., Zhou, Ch., Shao, Q., Yu, S., Qin, Y., Lin, X., and Cao, N., One-step synthesis of MoS2 nanosheet arrays on 3D carbon fiber felts as a highly efficient catalyst for the hydrogen evolution reaction, Energy Technology, 2019 (7) 1900052-1900059.
  5. Liu, Y., Ren, L., Zhang, Zh., Qi, X., Li, H., and Zhong, J., 3D binder-free MoSe2 nanosheets/carbon cloth electrodes for efficient and stable hydrogen evolution prepared by simple electrophoresis deposition strategy, Scientific reports, 2016 (6) 22516-22524.
  6. Wang, J., He, Y., Yang, Q., Li, H., Xie, Zh., Fan, Y., and Chen, J., Self-standing and efficient bifunctional electrocatalyst for overall water splitting under alkaline media enabled by Mo1-xCoxS2 nanosheets anchored on carbon fiber paper, International Journal of Hydrogen Energy, 2019 (44)13205-13213.
  7. Sangeetha, D. N., Krishna Bhat, D., Senthil Kumar, S., and Selvakumar, M., Improving hydrogen evolution reaction and capacitive properties on CoS/MoS2 decorated carbon fibers, International Journal of Hydrogen, 2019,  In press.
  8. Lin, J.-Yu., Chan, Ch.-Yi., and Chou, Sh. W., Electrophoretic deposition of transparent MoS2–graphene nanosheet composite films as counter electrodes in dye-sensitized solar cells,Chemical Communication, 2013 (49) 1440-1442.
  9. Han, Y., Quan, X., Chen, Sh., Wang. Sh., and Zhang, Y., Electrochemical enhancement of adsorption capacity of activated carbon fibers and their surface physicochemical characterization, Electrochimica Acta, 2007 (52) 3075–3081.
  10. Wang, W., Liu, W., Zeng, Y., Han, Y., Yu, M., Lu, X., and Tomg, Y., A novel exfoliation strategy to significantly boost the energy storage capability of commercial carbon cloth, Advanced Materials, 2015 (27) 3572–3578.