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氢能作为一种公认的高效、清洁、零碳的二次能源,有望代替传统的化石能源。在众多制氢技术当中,电解水制氢具有操作简单和产品纯度高等优点,受到了高度关注。克服在电极产生的高析氢过电位以降低能耗,开发高活性、高稳定性的析氢电催化剂具有重要意义。目前,铂基材料是最有效的析氢阴极催化剂,但由于铂在地球上储量少,严重制约了其大规模应用。近年来,低成本的过渡金属钼及其化合物展现出了较高的电催化析氢性能和稳定性,有望代替铂基电催化剂。本论文围绕钼系复合材料的制备及其电催化性能开展了一系列研究工作,主要的研究内容如下: 1.采用常见的镍盐、钼酸盐、硫脲为原料,通过简单的一步水热法,制备了硫化镍掺杂的二硫化钼微球(NMSHMs)。这种复合材料在酸性环境中的电催化活性明显优于单独的硫化镍(NixSy)、二硫化钼(MoS2)及其物理混合物(mNM)。此外,通过控制镍盐的用量探索了镍的含量对二硫化钼微球催化性能的影响。 2.采用在自然界广泛存在的生物大分子海藻酸钠作为碳源,钼酸铵作为钼源,利用高温煅烧法制备出碳化钼纳米颗粒修饰的石墨化碳片(Mo2C/GCSs)。碳化钼纳米颗粒尺寸在5-23 nm之间,在碳片上分散性良好。该复合材料在酸性电解质中获得了较好的电催化析氢活性和稳定性,产氢效率接近100%。其中,由于碳化钼与碳之间具有牢固的键合作用,能有效加快电子转移速率,并能提高结构强度。此外,碳片支持的纳米结构抑制了碳化钼颗粒的团聚,暴露更多的活性位点,从而获得优异的电催化性能。 3.我们采用较绿色安全的内氧化还原策略,在上述体系中引入磷酸二氢钠作为磷源,在相同煅烧条件下制备了磷化钼纳米片与碳片的复合材料(MoP/CF)。与体相磷化钼(bulk MoP)相比,该材料在酸性及中性体系中展示了更优秀的电催化产氢性能。为证明在内氧化还原策略的普适性和碳的还原作用,进一步采用多壁碳纳米管作为碳源,在相同煅烧条件下得到了磷化钼纳米颗粒与碳管的复合材料(MoP/CNT),该材料同样在酸性及中性体系中获得较好的电催化析氢性能。