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脉冲激光沉积法制备的MoSx~2+?′/Mo与MoSx~3+?′薄膜的结构、组成及析氢电催化性能对比研究

DOI：10.3390/nano10020201 期刊：Nanomaterials 出版年份：2020 更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要： 通过采用轴向和非轴向脉冲激光沉积（PLD）技术，以MoS2为靶材制备MoSx薄膜，并对其析氢反应（HER）的结构、组成及效率进行了系统深入研究。在氩气缓冲环境中使用标准轴向PLD配置并优化压力参数，可形成由Mo颗粒支撑的薄层MoSx~2+δ（δ约0.7）多孔复合薄膜。当负载量增至约240 μg/cm2时，MoSx~2+δ/Mo薄膜的HER性能达到峰值。而非轴向PLD工艺中，基底位于激光羽流膨胀轴线上，通过沉积被氩分子散射的羽流原子组分形成均匀的MoSx~3+δ（δ约0.8-1.1）薄膜，其HER性能在负载量约163 μg/cm2时趋于饱和。MoSx~3+δ薄膜具有更高的析氢转化频率催化活性，但实现10 mA/cm2电流密度所需的最低过电位分别为：非轴向PLD薄膜-162 mV，轴向PLD薄膜-150 mV。电化学特性测量表明，这些薄膜HER性能差异源于其独特的形貌特征。
作者： V. Fominski，M. Demin，D. Fominski，R. Romanov，A. Goikhman，K. Maksimova
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

本工作的目标是深入研究离轴和同轴脉冲激光沉积法制备的MoSx薄膜的主要特性，并确定通过这些方法在玻璃碳基底上沉积的MoSx薄膜所能实现的最高析氢反应性能。

研究成果

采用两种模式从MoS2靶材进行脉冲激光沉积（PLD），使我们获得了具有不同成分和形貌的非晶MoSx基催化剂。这种混合结构在一定程度上减缓了电流通过沉积层的传输速度；但这也提供了更大的物理表面积，从而为析氢反应（HER）创造了更多活性位点。该混合催化剂的孔隙结构/形貌特性，随着MoSx~2+δ/Mo催化剂负载量的增加，有效促进了暴露表面积的增长。离轴PLD模式与轴向PLD模式的区别在于：前者能以更高沉积速率制备催化性MoSx~3+δ薄膜，且非晶MoSx~3+δ（δ约0.8-1.1）相中的硫浓度更高。

研究不足

实验的技术和应用限制包括：难以在整个样品表面实现MoSx催化剂的均匀分布，以及薄膜暴露于空气时存在氧化的可能性。

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