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西南大學化學與化學工程學院Yimin Jiang課題組--在石墨烯/聚酰亞胺膜上低溫生長三維ReS2/ReO2金屬半導體異質結以增強析氫反應
      柔性無機電子器件由于其優異的電子性能和熱穩定性,在能量轉換、航空航天和可穿戴設備等領域表現出獨特的優勢。高性能柔性無機電子器件的產業化需要在可接受的溫度下,采用通用的方法在聚合物襯底上制備無機晶體。在此,我們首先開發了渦流化學氣相沉積(VFCVD)技術,于450°C低溫下,用于在柔性石墨烯-聚酰亞胺(G-PI)導電膜上合成高質量的垂直ReO2陣列。Euler方程表明,在相同的條件下,ReO2的蒸汽壓幾乎比VFCVD的自由空間的蒸汽壓高100倍。推導出的ReS2/ReO2金屬-半導體異質結陣列具有突出的析氫反應(HER)活性,作為能量轉換裝置具有高的長期穩定性。這項工作為利用VFCVD在聚合物襯底上低溫生長無機納米材料,實現高性能柔性能源器件的工業化提供了機會。
 
Figure 1. (a)G-PI上的垂直ReO2陣列的SEM圖;(b)垂直ReS2 /ReO2異質結陣列的SEM圖;(c)G-PI上的ReS2花的SEM圖;(d)β-ReO2晶體的X射線衍射圖譜;(e)幾種納米結構材料的拉曼光譜;(f)生長的ReO2納米顆粒、ReS2花和垂直的ReS2/ReO2異質結陣列的Re元素和S元素的XPS光譜。
 

Figure 2. TEM圖、HRTEM圖和SAED分析:(a-d)β-相ReO2支柱,(e-h)在ReS2/ReO2異質結外部外延的ReS2納米薄片,(i-l)分層的ReS2/ReO2異質結界面的。(m-n)單個ReO2納米柱和單個ReS2/ReO2異質結的ADF-STEM和元素映射圖像。注意:m和n中所有ADF-HAADF圖像和元素映射圖像的比例尺均為100 nm
  
 
Figure 3. 在0.5 M H2SO4中的電催化HER活性。(a)ReS2/ReO2異質結的HER;(b)通過DFT計算,接觸前后ReS2/ReO2異質結的能帶排列和功函數;(c)掃描速率為2 mV/s時ReO2、ReS2和ReS2/ReO2的LSV曲線;(d)掃描速率為2 mV/s時具有不同生長時間的ReS2/ReO2的LSV曲線;(e)比較10 mA/cm2下的過電勢和tafel斜率;(f)對應于(b)中樣品的Tafel圖;(g)用于估計ECSA的Cdl;(h)各種樣品的電化學阻抗譜,插圖是等效電路。
 
      相關研究成果于2020年由西南大學化學與化學工程學院Yimin Jiang課題組發表在Applied Catalysis B: Environmental(DOI: 10.1016/j.apcatb.2020.118924)。原文:Low-temperature growth of Three dimensional ReS2/ReO2 metalsemiconductor heterojunctions on Graphene/polyimide film for enhanced hydrogen evolution reaction。

摘自《石墨烯雜志》公眾號:

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