Film MoS₂ Ketebalan Tepat Meningkatkan Evolusi Hidrogen Elektrokatalitik
Abstrak
Disulfida molibdena (MoS₂) memiliki energi bebas adsorpsi hidrogen yang moderat, menjadikannya alternatif unggulan untuk mengganti logam mulia sebagai katalis reaksi evolusi hidrogen (HER). Ketebalan MoS₂ dapat mempengaruhi struktur energi band dan rekayasa antarmuka, yang merupakan jalur untuk menyesuaikan performa HER. Dalam penelitian ini, film MoS₂ dengan ketebalan berbeda ditumbuhkan secara langsung pada substrat karbon kaca (GC) melalui penyisapan lapis atom (ALD). Ketebalan film MoS₂ dapat dikendalikan dengan tepat dengan menyesuaikan jumlah siklus ALD. MoS₂/GC yang disiapkan digunakan langsung sebagai katalis HER tanpa pengikat. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa MoS₂ dengan 200 siklus ALD (ketebalan 14,9 nm) memiliki performa terbaik. Ketebalan berlebihan film MoS₂ tidak hanya menyebabkan agregasi nanosheet MoS₂ padat, mengurangi situs aktif, tetapi juga meningkatkan resistansi listrik, menurunkan laju transfer elektron. MoS₂ yang ditumbuhkan lapis demi lapis pada substrat melalui teknologi ALD juga secara signifikan meningkatkan gesekan ikatan antara MoS₂ dan substrat, menunjukkan stabilitas HER yang luar biasa.
Pendahuluan
Energi hidrogen telah menjadi pilihan unggulan untuk mengatasi kehabisan energi global dan pencemaran lingkungan karena keuntungannya sendiri (seperti sumber yang melimpah, padat energi tinggi, dan hanya air sebagai hasil pembakaran) [1,2,3]. Produksi hidrogen melalui elektrolisis air dianggap teknologi produksi hidrogen hijau karena dapat melepaskan ketergantungan pada bahan bakar fosil yang mengandung karbon [4, 5]. Meskipun reaksi evolusi hidrogen (HER) dapat menghasilkan hidrogen, konsumsi energi yang tinggi dan hasil rendah selalu menjadi perhatian [6]. Katalis logam mulia berbasis platinum (Pt) telah menunjukkan aktivitas katalitik yang kuat, namun harga yang lebih tinggi dan cadangan yang lebih rendah mencegah penerapannya di industri [7]. Oleh karena itu, menjelajahyang dan mengembangkan katalis non-logam mulia dengan cadangan yang melimpah, harga rendah, efisiensi tinggi dan daya tahan adalah strategi penting untuk mendorong penerapan energi hidrogen, yang telah menjadi salah satu topik penelitian terpenting [8,9,10].
Saat ini, oksida logam transisi, sulfida, fosida, nitrida, karbida, logam campuran dan katalis lainnya telah dikembangkan untuk HER [11,12,13,14,15]. Di antaranya, disulfida molibdena (MoS₂) memiliki aktivitas yang dekat dengan Pt pada situs katalitik dan secara teoretis menjadi bahan substitusi Pt yang disukai dalam alkogenida non-logam mulia [16]. Berbeda dengan fase massa, MoS₂ dua dimensi (2-D) dengan struktur berlapis menunjukkan efek permukaan unik, efek ukuran kecil, dan efek penggelundungan kuantum makroskopis, yang secara besar meningkatkan performa HER terkait [17, 18]. Namun, MoS₂ 2-D cenderung menumpuk, yang mengurangi jumlah situs aktif tepi dan mempengaruhi produksi hidrogen [19]. Agar situs aktif MoS₂ dapat dimanfaatkan sepenuhnya, beberapa lapis MoS₂ dicoba untuk diproduksi. Metode persiapan yang umum terutama mencakup metode “top-down” yang direpresentasikan oleh pemisahan gaya mekanik, interkalasi ion lithium, metode ultrason fase cair, dan metode “bottom-up” yang direpresentasikan oleh dekomposisi termal suhu tinggi, penyisapan uap, metode hidrotermal [20,21,22]. Di antaranya, “top-down” sulit untuk mencapai manufaktur yang dapat direproduksi secara efisien dan “bottom-up” relatif dapat dikontrol dan memiliki luas aplikasi yang luas. Penyisapan uap kimia (CVD) adalah metode representatif dalam pembuatan film MoS₂ beberapa lapis [23]. Meskipun film MoS₂ yang disiapkan oleh CVD menunjukkan kualitas tinggi, seperti permukaan rata, distorti jaringan yang lebih sedikit dan defek lainnya, CVD tidak dapat menghasilkan MoS₂ secara merata pada permukaan struktur dengan rasio aspek tinggi [24]. Selain itu, karena stabilitas rendah dan repetitivitas rendah, metode CVD tidak dapat digunakan untuk memproduksi MoS₂ dalam skala besar.
Sebagai metode CVD yang dimodifikasi secara khusus, penyisapan lapis atom (ALD) juga digunakan untuk membuat bahan film tipis [25]. Dalam satu siklus ALD, melalui reaksi kimia yang terbatas secara mandiri, reaksi lengkap diinterupsi menjadi dua setengah reaksi [26]. Hanya ketika situs aktif permukaan habis, setengah reaksi pertama berhenti, dan kemudian setengah reaksi lainnya akan berlangsung [27]. Reaksi kimia film atom yang baru dibuat secara langsung ditentukan oleh lapisan sebelumnya, sehingga hanya satu lapis atom yang dapat disisapkan per siklus ALD [28]. Selama proses ALD, tidak hanya ketebalan film dapat dikendalikan dengan tepat, tetapi keseragaman film pada substrat dengan morfologi kompleks juga dapat dijaga dengan baik [29]. Selain itu, karena proses pembuatan tidak sensitif terhadap jumlah prekursor, ALD memiliki repetitivitas tinggi. Oleh karena itu, ALD sesuai untuk manufaktur yang terkontrol film MoS₂ 2-D [30].
Dalam karya ini, MoS₂ dengan ketebalan ditumbuhkan secara terkontrol pada substrat karbon kaca (GC) melalui teknologi ALD, dan digunakan langsung sebagai katalis untuk HER tanpa pengikat. Performa evolusi hidrogen MoS₂/GC dalam larutan asam dikaji, dan mekanisme terkait juga dianalisis.
Metode
Studi saat ini bertujuan untuk meningkatkan performa HER MoS₂ dengan menyesuaikan ketebalannya.
Bahan
Karbon kaca (GC, 15 mm × 10 mm × 1 mm) dibeli dari Beijing Anatech Co., Ltd. Pentaklorida molibdena (MoCl₅, 99,6%) dibeli dari Shanghai Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd. Sulfida hidrogen (H₂S, 99,6%) dan Nitrogen (N₂, 99,999%) diterima dari Nanjing Special Gas Factory Co., Ltd.
Pembuatan MoS₂ pada GC
GC dengan konduktivitas yang baik digunakan sebagai substrat untuk pembuatan film MoS₂ beberapa lapis. GC dibersihkan secara ultrason dengan aseton, etanol dan air deionis selama 5 menit, lalu diobati dengan plasma selama 5 menit. Film MoS₂ disisapkan pada GC menggunakan peralatan ALD komersial (Sunaletmr-100, Picosun). Sebelum proses penyisapan, ruang reaksi dan sumber Mo dipanaskan masing-masing ke 460 °C dan 210 °C, dan distablekan selama satu jam. Kemudian, MoCl₅ dan H₂S disuntik secara bergantian ke ruang reaksi. Gas pelumas yang digunakan adalah N₂ dengan laju alir 50 sccm. Waktu pulsa untuk sumber dan pembersihan adalah 0,5 s, 30 s, 0,5 s dan 30 s, masing-masing. Dengan mengontrol jumlah siklus ALD menjadi 50, 100, 150, 200 dan 250, pembuatan film MoS₂ dengan ketebalan berbeda tercapai.
Karakterisasi
Mikroskop elektron pemindai (SEM) digunakan untuk mengamati morfologi katalis dengan instrumen Inspect-F50 (FEI), dan tegangan percepatan 20 kV. Citra mikroskop transmisi elektron resolusi tinggi (HR-TEM) diperoleh pada instrumen JEM-2100 (Olympus), dan tegangan percepatan 200 kV. Difraksi sinar X (XRD) digunakan untuk mempelajari struktur fase kristal dengan Smartlab-3 (Rigaku). Spektrometer Raman (Raman) digunakan untuk analisis komposisi permukaan padat dengan instrumen XperRam C (Nanobase), dan panjang gelombang penggelar adalah 532 nm. Mikroskop gaya atom (AFM, D-5A, Micronano) digunakan untuk menguji morfologi dan ketebalan film MoS₂.
Uji Elektrokimia
Semua pengukuran elektrokimia diuji pada stasiun kerja elektrokimia CHI660E (CH Instruments). Pengukuran elektrokimia dilakukan dalam sistem tiga elektroda. Elektroda kerusutan, elektroda referensi dan elektroda kerja adalah batang karbon, Ag/AgCl dan MoS₂/GC masing-masing. Kurva polarisasi produksi hidrogen mengadopsi voltametri serangkaian linear (LSV), laju pemindaian 5 mV/s, rentang pemindaian − 0,5 sampai 0 V, dan elektrolit 0,5 M H₂SO₄. Tidak ada kurva LSV yang dikoreksi iR. Melalui persamaan Nernst, semua potensi elektrokimia dikonversi menjadi tegangan elektroda hidrogen reversibel (RHE): E (RHE) = E (Ag/AgCl) + 0,159 V. Rentang frekuensi spektroskopi impedansi elektrokimia (EIS) adalah 1 Hz–100 kHz, dan potensi melebihi adalah 200 mV. Voltametri siklik (CV) dan kronoamperometri (i-t) digunakan untuk mengestimasi stabilitas. Uji kapasitansi lapis ganda elektrokimia (Cdl) mengadopsi kurva CV pada laju pemindaian yang berbeda. Rentang tegangan uji CV adalah 0,1–0,2 V (vs. RHE), laju pemindaian 20–140 mV/s. Luas permukaan aktif elektrokimia (ECSA) dihitung dari densitas arus spesifik melalui hubungan berikut:
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, film MoS₂ dengan ketebalan berbeda disiapkan pada substrat GC oleh ALD dengan MoCl₅ dan H₂S sebagai prekursor pada 460 °C. Film MoS₂ yang disiapkan pada 50, 100, 150, 200 dan 250 siklus ALD masing-masing dinamai 50ALD-MoS₂/GC, 100ALD-MoS₂/GC, 150ALD-MoS₂/GC, 200ALD-MoS₂/GC dan 250ALD-MoS₂/ GC. MoS₂/GC dapat digunakan langsung sebagai elektroda katalitik tanpa perlu memuat katalis pada elektroda lain melalui pengikat (Nafion), yang lebih menguntungkan untuk manufaktur skala besar dan aplikasi praktis.
Representasi skematis sintesis terkontrol MoS₂ melalui ALD
Dari citra SEM (Gambar 2), terlihat bahwa film MoS₂ yang disiapkan oleh ALD pada substrat GC memiliki cakupan dan konsistensi yang baik. Seiring bertambahnya jumlah siklus, film MoS₂ secara bertahap menjadi lebih tebal, dan keadaan agregasi berubah dari nanopartikel menjadi nanosheet yang lebih besar. Ketika siklus ALD rendah, MoS₂ tumbuh dalam arah sejajar dengan substrat, dan ketika jumlah siklus bertambah, MoS₂ tumbuh vertikal untuk membentuk nanosheet.
Citra SEM dari a GC, b 50ALD-MoS₂/GC, c 100ALD-MoS₂/GC, d 150ALD-MoS₂/GC, e 200ALD-MoS₂/GC dan f 250ALD-MoS₂/GC
Ketebalan MoS₂ pada GC ditentukan dengan mengukur profil tinggi antara film dan substrat menggunakan mikroskop gaya atom (AFM). Dari Gambar 3a–e, seiring bertambahnya jumlah siklus ALD (dari 50 hingga 250), ketebalan film MoS₂ secara bertahap meningkat (1,3, 5,7, 10,8, 14,9, dan 17,2 nm, masing-masing). Ketika jumlah siklus ALD adalah 50, ketebalan MoS₂ sekitar dua lapis, dan film MoS₂ tidak sepenuhnya kontinu. Ketika jumlah siklus ALD mencapai 250, MoS₂ membentuk partikel padat, yang menyebabkan sebagian situs aktif katalitik tertutup. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3f, seiring bertambahnya jumlah siklus, ketebalan MoS₂ meningkat secara linier, sehingga ketebalan MoS₂ dapat dikendalikan dengan tepat. Laju pembuatan rata-rata per siklus ALD sekitar 0,69 Å.
Citra AFM dari a 50ALD-MoS₂/GC, b 100ALD-MoS₂/GC, c 150ALD-MoS₂/GC, d 200ALD-MoS₂/GC dan e 250ALD-MoS₂/GC. Gambar yang disisipkan sesuai dengan profil tinggi citra AFM pada posisi panah biru. f Hubungan antara jumlah siklus ALD dan ketebalan MoS₂
Gambar 4a adalah citra HR-TEM dari 200ALD-MoS₂, dan jarak jaringan 0,64 nm sesuai dengan jarak bidang kristal (002) MoS₂ [31]. Selain itu, terdapat beberapa defek pada nanosheet MoS₂, yang menguntungkan HER. Dalam difraksi area terpilih (SAED), lapis dalam termasuk bidang kristal (100) dengan jarak 0,26 nm, dan lapis luar adalah bidang kristal dengan jarak 0,16 nm (110) (Gambar 4b). Dapat dikonfirmasi bahwa arah sumbu kristal adalah arah (001), yang menunjukkan bahwa sampel terdiri dari beberapa lapis nanoflake MoS₂ 2-D [32].
a Citra HR-TEM dan b difraksi area terpilih (SAED) dari film 200ALD-MoS₂ yang dieksfoliasi dari substrat GC
Analisis XRD dilakukan pada nanosheet MoS₂, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 5a. Membandingkan dengan kartu standar (JCPDScard No. 37-1492), terlihat bahwa film MoS₂ memiliki struktur kristal heksagonal 2H-fase. Puncak difraksi pada 2θ = 14,4° tajam dan kuat, yang sesuai dengan bidang jaringan (002), menunjukkan bahwa MoS₂ memiliki tumpukan berlapis [33]. Puncak difraksi pada 32,87° yang sesuai dengan bidang (100) hanya muncul ketika jumlah siklus lebih dari 200 siklus, menunjukkan bahwa nanosheet MoS₂ memiliki struktur luar-datar [34]. Kecuali puncak karbon dari GC dasar pada 16° dan 43,7° yang sesuai dengan bidang (002) dan (100), tidak ada puncak pengotoran lain yang muncul, menunjukkan bahwa terdapat sedikit pengotoran dalam produk dan reaksi relatif lengkap [35].
a XRD dan b pola Raman dari GC dan MoS₂ dengan berbagai siklus ALD pada GC
Dalam spektrum Raman (Gambar 5b), puncak getaran 382 cm−1 dan 404 cm−1 disebabkan oleh modus getaran E2g1 dan A1g MoS₂, masing-masing. E2g1 sesuai dengan getaran intramolekul S atom relatif terhadap Mo atom. A1g sesuai dengan hanya S atom yang bergetar dalam arah berlawanan di luar datar [34]. Selisih posisi puncak antara dua puncak MoS₂ sensitif terhadap ketebalan film MoS₂ [36]. Selisih posisi antara dua puncak dari 50ALD-MoS₂/GC dan 100ALD-MoS₂/GC masing-masing 22,3 dan 24,1 cm−1. Ini menunjukkan bahwa film MoS₂ menyimpan dan menebalkan dalam proses ALD, yang juga membuktikan bahwa ALD adalah metode persiapan yang tepat dan dapat dikontrol.
Sistem tiga elektroda standar digunakan untuk mengevaluasi aktivitas HER film MoS₂ dengan ketebalan berbeda dalam larutan H₂SO₄ 0,5 M. Sebelum uji evolusi hidrogen, uji CV digunakan untuk pra-pengolahan elektroda untuk menghilangkan beberapa polutan pada permukaan katalis. Dapat dilihat dari kurva polarisasi (Gambar 6a) bahwa densitas arus yang tidak signifikan dalam kurva mengonfirmasi bahwa GC hampir tidak memiliki aktivitas katalitik. MoS₂ dengan berbagai siklus ALD memiliki aktivitas katalitik yang signifikan berbeda, yang menunjukkan pengaruh MoS₂ dengan ketebalan berbeda. Gambar 6b menunjukkan titik potong ketika densitas arus adalah − 10 mA/cm2. Seiring diperpanjangnya jumlah siklus ALD dari 50 hingga 200, performa HER MoS₂/GC secara bertahap meningkat, karena jumlah MoS₂ katalitik aktif pada GC meningkat. Ketika jumlah siklus ALD terus bertambah menjadi 250, performa katalitik menurun, yang disebabkan oleh konduktivitas MoS₂ yang buruk dan agregasi parah yang menghasilkan jumlah situs aktif yang terbuka lebih sedikit. Secara umum, situs aktif katalitik pada permukaan katalis akan bertambah seiring bertambahnya siklus dan cenderung stabil. Namun, film MoS₂ yang terlalu tebal dapat menyebabkan konduktivitas katalis menurun dan kemudian meningkatkan potensi melebihi. Oleh karena itu, di antara semua katalis, 200ALD-MoS₂/GC menunjukkan aktivitas HER terbaik, dengan potensi melebihi 266 mV ketika densitas arus adalah -10 mA/cm2.
a Kurva polarisasi dari berbagai sampel. b Histogram potensi pada densitas arus 10 mA/cm2
Gambar 7a, b menunjukkan kurva Tafel dan kemiringan Tafel MoS₂ dengan berbagai siklus ALD pada GC. Kemiringan Tafel katalis berkorelasi negatif dengan performa elektrokimianya. Urutan kemiringan Tafel katalis MoS₂ yang disiapkan dengan berbagai siklus ALD adalah: 209 mV/dec (50ALD-MoS₂/GC) > 184 mV/dec (100ALD-MoS₂/GC) > 110 mV/dec (150ALD-MoS₂/GC) > 103 mV/dec (250ALD-MoS₂) > 96 mV/dec (200ALD-MoS2). Katalis 200ALD-MoS₂/GC memiliki performa evolusi hidrogen tertinggi, dan laju transfer elektronnya juga tercepat. Hasilnya juga mengonfirmasi bahwa langkah kontrol laju HER MoS₂/GC adalah reaksi Volmer, yaitu proses pembuatan atom hidiran terserap [37]. Ketika jumlah siklus ALD adalah 200, jumlah hidrogen yang terserap pada permukaan katalis meningkat secara jelas, yang menguntungkan HER.
a Plot Tafel dan b kemiringan Tafel MoS₂ dengan berbagai siklus ALD pada GC
Luas elektrokimia aktif yang efektif sangat penting untuk performa HER katalis, dan sebanding dengan kapasitansi lapis ganda elektrokimia (Cdl). Luas elektrokimia aktif katalis dibandingkan dengan mengukur Cdl melalui CV, yang memberikan dasar ilmiah untuk perbandingan performa katalis [38]. Gambar 8a–e menunjukkan kurva CV MoS₂/GC dengan berbagai ketebalan pada laju pemindaian yang berbeda (20–140 mV/s). Rentang tegangan uji CV adalah 0,1–0,2 V (rentang tegangan ini tidak menghasilkan arus terinduksi Faraday). Selanjutnya, nilai 1/2 selisih densitas arus pada potensi menengah dan laju pemindaian digunakan untuk membuat diagram kurva pemasangan linier, dan nilai kapasitansi lapis ganda elektrokimia bahan dapat diperkirakan dari kemiringan kurva. Gambar 8f menunjukkan hubungan linier antara densitas arus dan laju pemindaian MoS₂/GC. Cdl dari 50ALD-MoS₂/GC, 100ALD-MoS₂/GC, 150ALD-MoS₂/GC, 200ALD-MoS₂/GC, dan 250ALD-MoS₂/GC adalah 1,13, 1,32, 1,75, 3,11, dan 2,65 mF/cm2, masing-masing. Secara umum, luas aktif MoS₂ bertambah seiring bertambahnya ketebalan MoS₂, namun ECSA 250ALD-MoS₂/GC lebih rendah dari 200ALD-MoS₂/GC, menunjukkan bahwa nanosheet MoS₂ berlebihan akan saling mengagregasi membentuk blok dan mengurangi situs aktif.
Kurva CV dari a 50ALD-MoS₂/GC, b 100ALD-MoS₂/GC, c 150ALD-MoS₂/GC, d 200ALD-MoS₂/GC, dan e 250ALD-MoS₂/GC yang diukur dalam H₂SO₄ 0,5 M di wilayah non-Faradaic dengan laju pemindaian yang berbeda dari 20 hingga 140 mV s−1. f Selisih densitas arus anoda dan katoda pada 0,15 V versus RHE sebagai fungsi laju pemindaian
Untuk mengeksplorasi secara mendalam pengaruh jumlah siklus ALD terhadap aktivitas HER, metode impedansi AC elektrokimia digunakan untuk melakukan uji kinetik elektroda pada berbagai sampel, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9a. Resistansi transfer muatan berkorelasi positif dengan ketebalan MoS₂, karena MoS₂ memiliki konduktivitas buruk. Pengaruh ketebalan MoS₂ terhadap performa HER dianalisis lebih lanjut dari proses pertumbuhan ALD (Gambar 9b). Ketika ketebalan MoS₂ kurang dari 3 lapis, MoS₂ tumbuh dalam arah vertikal, dan tepi segitiga MoS₂ adalah situs katalitik utama. Ketika ketebalan MoS₂ lebih dari 3 lapis, pertumbuhan MoS₂ akan berubah dari dalam-datar ke luar-datar, membentuk nanosheet-like MoS₂. Karena luas permukaan spesifik yang besar dan banyak situs aktif nanosheet, ini menguntungkan untuk meningkatkan performa katalitik. Namun ketika ketebalan MoS₂ melebihi 15 nm, resistansi berlebihan akan menurunkan laju transfer elektron, yang menurunkan performa elektrokimia katalis.
a Diagram Nyquist MoS₂ dengan berbagai siklus ALD. b Skematik menunjukkan pertumbuhan MoS₂ dan jalur transfer elektron untuk HER
Daya tahan dan stabilitas juga merupakan indikator penting untuk menyelidiki performa katalis elektrokimia [39]. Dalam elektrolit H₂SO₄ 0,5 M, 200ALD-MoS₂/GC dipindai secara terus-menerus oleh CV, dan LSV dilakukan setelah 1000 siklus. Dapat dilihat dari Gambar 10a bahwa ketika densitas arus adalah -10 mA/cm2, potensi melebihi yang diperlukan sebelum 1000 siklus katalis sekitar 0,26 V, dan potensi melebihi setelah 1000 putaran sekitar 0,28. Selain itu, aktivitas HER sedikit menurun, yang mungkin disebabkan oleh sedikit katalis yang terlepas dari permukaan elektroda. Untuk mempelajari lebih lanjut daya tahan katalis MoS₂/GC, kurva i-t katalis pada densitas arus − 10 mA/cm2 selama 32 jam diteliti. Seperti yang dapat dilihat dari Gambar 10b, potensi 200ALD-MoS₂/GC menurun dengan cepat di awal reaksi, yang terutama karena gelembung yang terbentuk oleh adsorpsi H+ dalam elektrolit pada permukaan elektroda tidak dilepaskan tepat waktu di awal reaksi, sehingga diperlukan potensi melebihi yang lebih besar untuk mempertahankan densitas arus tetap. Seiring diperpanjangnya waktu reaksi, penurunan kurva secara bertahap menjadi datar, yang terutama disebabkan oleh keselarasan yang erat antara laju pembentukan gelembung H2 pada permukaan elektroda dan laju pelepasan [40]. Fluktuasi kecil dalam kurva i−t dapat dikaitkan dengan pembentukan, akumulasi dan pelepasan hidrogen pada permukaan elektroda selama reaksi [41]. Hasilnya menunjukkan bahwa film MoS₂ yang diproduksi oleh metode ALD terikat erat dengan substrat, dan memiliki stabilitas yang baik selama HER. Sebagai perbandingan, studi lain tentang performa evolusi hidrogen elektrokimia nanomaterial berbasis MoS₂ diringkas dalam Tabel 1. Dapat dilihat bahwa MoS₂ yang disiapkan oleh ALD dalam karya ini memiliki performa HER yang lebih baik dari banyak komposit berbasis MoS₂, menunjukkan bahwa MoS₂ dengan ketebalan yang sesuai dapat digunakan sebagai katalis HER yang efektif.
a Kurva polarisasi elektroda yang diukur sebelum dan setelah 1000 siklus CV. b Uji stabilitas 32 jam pada densitas arus 10 mA/cm2
Kesimpulan
Secara ringkas, film MoS₂ dengan ketebalan berbeda disisapkan secara langsung dan akurat pada substrat GC dengan mengontrol jumlah siklus dalam proses ALD. 200ALD-MoS₂/GC dengan ketebalan 14,9 nm menunjukkan performa HER terbaik, dan potensi melebihi serta kemiringan Tafel masing-masing − 266 mV dan 96 mV/dec−1. Aktivitas katalitik MoS₂ pertama menjadi lebih baik lalu menurun seiring bertambahnya ketebalannya. Karena nanosheet MoS₂ padat saling mengagregasi satu sama lain untuk mengurangi situs aktif dan meningkatkan resistansi. Selain itu, film MoS₂ yang disiapkan oleh ALD terikat erat dengan substrat, menunjukkan stabilitas yang luar biasa. Karya ini mengungkapkan bahwa ketebalan yang sesuai dari film MoS₂ bermanfaat untuk optimisasi performa elektrokataliysis, yang memberikan inspirasi besar untuk MoS₂ mengganti katalis logam mulia untuk evolusi hidrogen.
