【摘 要】
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光电催化分解水技术是一项很有应用前景的技术,它可以将太阳能和电能转变为氢能,缓解化石燃料短缺引发的能源危机。然而,光电催化分解水存在动力学过程复杂,过电位大的缺点,使得它在工业上的应用受到限制。通常贵金属催化剂如铱氧化物（IrO2）和钌氧化物（RuO2）等可以降低光电催化反应的过电势,加快光电催化分解水的效率。但贵金属催化剂存在储量稀少、成本高昂和稳定性差的特点,这些特点严重阻碍贵金属催化剂的工业
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光电催化分解水技术是一项很有应用前景的技术,它可以将太阳能和电能转变为氢能,缓解化石燃料短缺引发的能源危机。然而,光电催化分解水存在动力学过程复杂,过电位大的缺点,使得它在工业上的应用受到限制。通常贵金属催化剂如铱氧化物（IrO2）和钌氧化物（RuO2）等可以降低光电催化反应的过电势,加快光电催化分解水的效率。但贵金属催化剂存在储量稀少、成本高昂和稳定性差的特点,这些特点严重阻碍贵金属催化剂的工业化应用。针对这一问题,本文以自然界广泛存在的过渡金属为原料,尝试构建过渡金属硫化物复合材料来取代贵金属光电催化剂,具体工作如下:（1）本文采用一种简单的方法合成MoS2/TiO2水分解电催化剂。SEM、XRD等表征表明,纳米花状MoS2成功生长在多孔TiO2上形成稳定的MoS2/TiO2异质结构,这种特殊的结构增加了电催化剂的表面积,为电荷转移提供丰富的通道,从而使TiO2具有高效的催化性能。电化学测试结果表明,12%MoS2/TiO2复合材料HER性能最好,在酸性电解液中,当电流密度为10mA/cm2时,过电势为108 mV,塔菲尔斜率为55 mV/dec。在碱性电解液中,当电流密度为10 mA/cm2时,过电势为127 mV,塔菲尔斜率为59 mV/dec,上述优良的HER活性来源于MoS2/TiO2复合材料对HER过程中电荷载流子的分离和迁移能力的提高。（2）本文在泡沫铜上制备仙人掌状的CdS-Cu9S5复合材料（CdS-Cu9S5-CF）。实验表明CdS-Cu9S5-CF是一种高效的光电化学（PEC）水裂解催化剂,其高活性归因于它独特的仙人掌状结构,提供丰富的表面催化活性位点和多电荷转移通道,从而增强CdS-Cu9S5-CF在PEC过程中光诱导载流子的传输和分离。此外,因为Cu9S5与CdS之间的协同效应可以显著抑制光诱导载流子在PEC过程中的复合,优化后的3%CdS-Cu9S5-CF（CdS与Cu9S5的摩尔比为3:100）和纯Cu9S5以及其他CdS-Cu9S5-CF相比,表现出更高的光电流密度。（3）金属硫化物因优异的导电性和较高的电催化活性而被认为是析氧反应（OER）的优良催化剂。本文采用简单的合成方法在泡沫铜上制备NiS-Cu2S复合材料（NiS-Cu2S-CF）。冷场扫描电镜（SEM）结果表明,Cu2S纳米薄片上成功负载NiS纳米针,这可以显著增多OER过程中纳米片表面的活性位点。15%NiS-Cu2S-CF复合材料当电流密度为20 mA/cm2时,过电位为308 mV,远远小于贵金属基电催化剂和其他NiS-Cu2S-CF复合材料,上述增强的OER活性归因于其独特的形貌和NiS与Cu2S之间的协同效应。
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