التجميع الهرمي لرقائق MoS2/Co9S8/Ni3S2/Ni كعامل تحفيزي كهربائي عالي الكفاءة لتفكيك الماء بشكل شامل في نطاق pH واسع

إن تصميم عوامل تحفيز كهربائية منخفضة التكلفة وذات كفاءة عالية لتفاعل تطور الهيدروجين (HER) وتفاعل تطور الأكسجين (OER) على مدار نطاق pH واسع هو تحدي كبير. نحن الآن نقدم تجميعاً هرمياً مشتركاً للرقائق النانوية المتفاعلة MoS2 وCo9S8 المرتبطة على مصفوفات القضبان النانوية Ni3S2 المدعومة على رغوة النيكل (NF). تمنح هذه التركيبة متعددة الطبقات أداءً عالياً تجاه HER وOER عبر نطاق pH واسع جداً. من خلال ضبط النسبة المولية للسوائل المبدئية Co:Mo، قمنا بإنشاء مركبات CoMoNiS-NF-xy (حيث x: y تعني نسب مولية Co:Mo تتراوح من 5:1 إلى 1:3) مع شكل وتركيب قابل للتحكم. تحتوي المركبات الثلاثية الأبعاد على عدد وفير من المواقع النشطة القادرة على نشاط HER وOER حافز شامل pH. تظهر CoMoNiS-NF-31 أفضل نشاط تحفيزي كهربائي، حيث تعطي جهدًا فائقًا منخفضًا (113، 103، و117 مللي فولت لـ HER و166، 228، و405 مللي فولت لـ OER) لتحقيق كثافة تيار تصل إلى 10 مللي أمبير سم-2 في الكهرل القلوي والحمضي والمحايد على التوالي. كما تظهر توازنًا ملحوظًا بين النشاط التحفيزي الكهربائي والاستقرار. بناءً على الأداء التحفيزي المتميز لـ CoMoNiS-NF-31 تجاه HER وOER، نعرض جهاز تحليلي ثنائي الأقطاب يؤدي التحليل الكهربائي للماء عبر نطاق pH واسع، مع جهد خلية منخفض يبلغ 1.54، 1.45، و1.80 فولت عند 10 مللي أمبير سم-2 في البيئات القلوية والحمضية والمحايدة على التوالي. تشير حسابات المبدأ الأول إلى أن النشاط العالي لـ OER ينشأ من نقل الإلكترونات من Co9S8 إلى MoS2 عند الواجهة، مما يغير طاقات الربط للأنواع الممتصة ويقلل من الجهود الفائقة. توضح نتائجنا أن الكبريتيدات المعدنية الهرمية يمكن أن تعمل كعوامل تحفيزية كهربائية فعالة للغاية في جميع أنواع pH (pH = 0-14) لتفكيك الماء بشكل شامل.