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到目前为止,随着人类科技的进步和发展,我们对于能源的需求日益急剧增加。由于传统化石燃料的不可再生以及污染高等缺点,导致我们对于清洁、可再生的新能源的需求越来越大。在新能源中,氢能,其高热值,零污染等优点逐渐被广泛关注起来。直到现在,制氢方法越来越多,电解水制氢的方法具有效率高、制备方法较为简单、零污染且可持续等优点。所以,研发及制备价格低廉、高效率的电催化水分解催化剂成为近年来的焦点。在这其中,过渡金属氧化物具有较好的水分解析氢、析氧催化活性和稳定性,并且在碱性电解液下的稳定性和机械强度较高,在电催化水分解领域中具有很好的发展及应用前景。首先通过优化传统的溶胶凝胶法制备了 Ca3Co2O6系列过渡金属氧化物催化剂样品,具体优化过程见本文实验部分。通过表征发现产物较纯,结晶效果很好,为Ca3Co2O6,但其他氧化物样品没有得到。而后分别在0.1 M KOH和1 M KOH的条件下进行了 HER、OER电化学性能测试。HER测试结果:在0.1 M和1 M KOH中样品Ca3Co2O6在电流密度为10 mA·cm-2处的过电势(Ej=10)分别为0.449和0.294 V,塔菲尔斜率分别为150.5和73.4 mA·dec-1,对比其他样品均表现出更好的HER性能,但与贵金属样品20%Pt/C在0.1 M和1 M KOH中电流密度为10 mA·cm-2处的过电势(Ej=10)分别为0.007和0.067 V,塔菲尔斜率分别为62.3和49.0 mA·dec-1相比,还有一定的差距。OER测试结果:在0.1M和1MKOH中样品Ca3Co2O6在电流密度为10 mA·cm-2处的过电势(Ej=10)分别为0.460和0.460 V,塔菲尔斜率分别为81.3和93.2 mA·dec-1,对比其他样品均表现出更好的OER性能,但与贵金属样品RuO2在0.1 M和1 MKOH中电流密度为10 mA·cm-2处的过电势(Ej=10)分别为0.529和0.549 V,塔菲尔斜率分别为62.3和49.0 mA·dec-1相比在相同实验室环境中表现出较好一些的OER性能。在之前的钴酸钙的基础上通过掺杂其他活泼金属Li、Mg,利用溶胶凝胶法在850 ℃下煅烧前驱体制备催化剂Li-Ca3Co2O6以及Mg-Ca3Co2O6。主要讨论了随着所掺杂金属与钙的摩尔比例的变化对催化剂成分以及催化活性等的影响。通过表征手段发现金属Li以LiCoO2的形式少量掺杂于Ca3Co2O6,后进行电化学性能测试发现锂钙、镁钙摩尔比为1:14时的HER催化活性以及整体系列的性能提高很多:在0.1 M和1 MKOH 中样品 Li-Ca3Co2O6-5(Li:Ca=1:14)在电流密度为10 mA·cm-2处的过电势(Ej=10)分别为0.352和0.247 V,塔菲尔斜率分别为205.4和75.6 mA·dec-1,而OER性能基本没有提升。通过探究发现由于LiCoO2的存在,使催化剂整体较单一催化剂Ca3Co2O6的HER催化性能有了很大程度上的提升,但OER催化性能提升不大;而Mg掺杂的Ca3Co2O6作为对照,电催化性能提升并不明显。所以在之前内容的基础上使用相同方法同时为了提高导电性,制备了一系列石墨烯掺杂的LiCoO2作为HER、OER催化剂,并通过改变Li、Co比例探究其催化性能。通过表征手段表明产物较纯为石墨烯包裹LiCoO2的核壳结构。分别在0.1 M KOH和1 M KOH的条件下进行了 HER、OER电化学性能测试。HER测试结果:在0.1 M和1 M KOH中样品LiCoO2-rGO-3、2在电流密度为10 mA·cm-2处的过电势(Ej=10)分别为0.408和0.345 V,塔菲尔斜率分别为141.5和99.4 mA·dec-1,对比其他样品均表现出更好的HER性能,虽然HER性能对比之前系列样品表现一般,但其较低的塔菲尔斜率大大优于样品CCO以及Li-CCO系列。OER测试结果:在0.1 M和1 M KOH中样品LiCoO2-rGO-2在电流密度为10 mA·cm-2处的过电势(Ej=10)分别为0.427和0.376 V,塔菲尔斜率分别为59.8和49.6 mA·dec-1,对比其他样品均表现出更好的OER性能,对比之前系列样品OER性能的提高尤为突出。可见LiCoO2-rGO系列催化剂具有较好的HER、OER双功能催化性能。