【摘 要】
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为了应对能源短缺问题和满足经济发展的需求,许多科研工作者将目光转移到开发新型能源来代替化石能源。氢气作为一种不含碳,高能量密度,易存储的二次绿色能源,是未来经济社会发展的最理想最具潜力的能量来源。电解水制取氢气由于其反应易发生,氢气纯度高等优势已经成为最具潜力的制氢手段。电解水包含析氢（HER）和析氧（OER）两个半反应,涉及多步电子转移,需要催化剂来降低反应能垒。目前最先进的HER/OER催化剂
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为了应对能源短缺问题和满足经济发展的需求,许多科研工作者将目光转移到开发新型能源来代替化石能源。氢气作为一种不含碳,高能量密度,易存储的二次绿色能源,是未来经济社会发展的最理想最具潜力的能量来源。电解水制取氢气由于其反应易发生,氢气纯度高等优势已经成为最具潜力的制氢手段。电解水包含析氢（HER）和析氧（OER）两个半反应,涉及多步电子转移,需要催化剂来降低反应能垒。目前最先进的HER/OER催化剂是Pt/C和Ru O2,但由于其价格昂贵且储量有限不能满足大规模工业应用。因此开发一种便宜高效的电解水催化剂意义重大。目前提高催化剂活性的方法主要包括组成调控,如制备合金催化剂,杂原子掺杂等;形貌和界面工程调控,如纳米片、纳米线、分层结构、异质结构等。基于此,本论文旨在通过形貌调控和异质结构构筑来提升催化剂的本征活性。过渡金属磷化物由于其自身具有类似于氢化酶的结构和特殊的物化性质,成为一种极具发展潜力的新型电解水催化剂。本文通过简单的脉冲电沉积法制备了一种负载于泡沫镍的钴镍磷基催化剂,通过调节镀液中金属盐的比例,可以直接控制样品的纳米形貌。研究发现,Ni P的三维球状形貌比表面积过小,本征活性较低,Co P的二维纳米片层状结构由于团聚导致其尺寸较大,边缘活性位点不易与电解质接触,增加了传质阻力。而Co6Ni4P/NF复合催化剂的三维花球状纳米团簇不仅保留了三维结构,增加了边缘活性位的暴露,其多孔结构还促进了传质,展现出最好的OER催化性能,在工业级大电流(1000 m A cm-2)下的过电位仅需373 m V,Tafel斜率为63 m V dec-1,在不同电流条件下进行60小时催化反应后仍保持很好的稳定性。Ru因其类Pt的物理化学性质以及较低的价格（约为Pt的六分之一）成为最有前景取代Pt的HER催化剂,本文通过简单的水热法结合高温热解成功将Ru/Ru O2异质结构负载于改性多壁碳纳米管上,实验表明热解温度对于Ru/Ru O2的晶体形成具有至关重要的作用,该异质结构中两个不同活性组分之间的电子作用会影响中间产物的吸附效率,从而表现出比单金属催化剂更好的性能。其中Ar-500样品在碱性条件下表现出相当不错的HER活性,仅需57 m V的过电位就能获得10 m A cm-2的电流密度,接近于商业Pt/C,其Tafel斜率为49.8 m V dec-1,且经过50000 s稳定性测试后,仍能保持90.21%的催化活性。
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