近日，物理与电子工程学院张泽霞副教授在国际学术期刊《Journal of Materials Chemistry A》（JCR Q1，影响因子=9.3）上发表了题为“Highly efficient and free-standing WS2/C electrocatalyst for solar-cell-driven hydrogen evolution reaction”的学术论文。该论文的第一作者为张泽霞副教授，新疆师范大学为第一完成单位。
该研究采用静电纺丝结合硫化热处理两步法（图1），成功制备出结构可控的自支撑WS2/C复合膜催化电极。并利用等离子体调控形貌，通过O2等离子体处理，显著提升了WS2纳米片的分布均匀性和边缘活性位点密度。在酸性电解液中，催化剂展现出优异电催化性能，起始电位为-60 mV，塔菲尔斜率为95 mV/dec，性能优于同类型粉末催化剂。结合碳基太阳能电池模块，搭建了光伏-电解制氢一体化系统，实现了碳基非贵金属光伏电解水制氢系统，太阳能-氢能转换效率达4.4%。为实现低成本、高效率的太阳能-氢能转化提供了新方案。
图1：WS2/C复合HER催化剂的制备过程示意图及样品照片
研究团队通过静电纺丝-硫化热处理工艺，将WS2纳米片垂直嵌入碳纤维骨架中，形成高度分散的复合结构（图2）。O2等离子体处理进一步促进了WS2纳米片在纤维表面的均匀成核，显著增强了边缘活性位点的暴露。电化学测试表明，优化后的催化剂在0.5 M H2SO4中表现出优异的HER催化活性（图3）及良好的稳定性。
图2：WS2/C复合HER催化剂的微观形态及表征
图3：WS2/C复合催化剂的析氢催化性能表征
研究团队进一步构建了光伏-电解一体化制氢系统（图4），采用碳基杂化太阳能电池作为电源，WS2/C自支撑电极作为HER催化剂。在模拟太阳光照射下，系统的光电流密度为3 mA/cm2，整体太阳能-氢能转换效率达到4.4%，约为铂基电极效率的85%，展现出良好的应用潜力。
图4：碳基非贵金属电解水制氢系统照片
该工作通过结构调控与材料复合，成功实现了WS2/C催化剂在HER中的高效、稳定运行，并初步验证了其在光伏驱动电解制氢系统中的应用可行性。这为开发低成本、高效、环保的非贵金属制氢系统提供了新思路，有望推动氢能技术的实际应用与产业化发展。
该研究工作得到了新疆维吾尔自治区自然科学基金（2024D01A93、2022D01A220）和国家自然科学基金（62264014、12364035）等项目的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1039/D5TA07896B
