MoS₂/rGO 하이브리드 HER 전기촉매

환원된 산화그래핀 위에 용매열 합성으로 성장된 MoS₂ 시트로 구성된, 귀금속을 사용하지 않는 수소발생반응(HER) 촉매로, 산화그래핀(GO) 투입량이라는 단일 변수를 통해 형태와 전자 상태를 조절할 수 있다 (see Lee et al., RSC Adv. (2017), PDF p.3, Fig. 1).

개요

• 고정된 22 mg (NH₄)₂MoS₄에 GO 투입량을 변량(2.5–10 mg)하여 DMF 용매 내 200 °C / 10 h 조건에서 합성한다. 순수 MoS₂는 서브마이크론 응집체로 붕괴되어 엣지 활성점을 매몰시키는 반면, GO를 첨가하면 MoS₂가 reduced-graphene-oxide-support 위에 얇은 시트 형태로 분산되며 (GO 5 mg에서는 구형 입자 미관찰), GO-nucleation-site-controlled-morphology 메커니즘을 통해 이루어진다 (see Lee et al., RSC Adv. (2017), PDF p.3, Fig. 1).
• GO 투입량은 또한 heterolayer-vdW-electronic-transition (2H → 1T-like)을 유도하여 MoS₂ 고유 비저항을 낮춘다.

촉매 성능

0.5 M H₂SO₄ 전해질에서 최적 조성(MS-GO4, GO 10 mg)은 Tafel 기울기 48 mV/dec (순수 MoS₂의 178 대비) 및 과전위 200 mV에서 24.6 mA cm⁻² 의 전류 밀도를 달성하며, MS-GO3에서 개시 전위는 −0.147 V vs RHE까지 향상된다 (see Lee et al., RSC Adv. (2017), PDF p.5–6, Fig. 5a–b; HER-dark-electrocatalytic-Tafel-slope에 기록됨). 48 h 연속 시간전류법(<10 mV 드리프트) 및 1000회 CV 사이클에서 안정성이 확인되었다. 이 시너지 효과는 세 가지 측면으로 분류된다: 형태적 측면(엣지 활성점 노출), 전자적 측면(2H→1T 전환), 구조적 측면(rGO 전도성 네트워크).