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氢气作为一种具有高热值、来源广泛的清洁燃料，引起了科学家的广泛研究。电催化裂解水或尿素产氢是一种简便、环境友好、可持续的技术。遗憾的是，电催化裂解水或尿素产氢在反应过程中存在高过电位而致使大量能量的损耗。尽管商业的贵金属催化剂具有高效的催化活性，但是高成本、原材料短缺、稳定性差等问题限制了它们的大规模应用。过渡金属材料具有价格低廉、来源广泛等优点，使得它们在能源、催化等方面的大量应用。因此人们亟需寻找高效的过渡金属催化剂来提高电催化裂解水或尿素产氢的效率。本论文合成了较高催化活性的过渡金属钼钒钴材料，具体工作如下:
(1)以钼酸铵四水化合物为钼源，以聚吡咯和双氰胺为碳源和氮源，通过高温热解制备了负载Mo2C颗粒的氮掺杂碳材料(Mo2C/NC),其在酸性和碱性条件下都表现出优异的析氢反应(HER)催化活性。我们探究了煅烧温度对材料催化性能的影响，其中在850℃下得到的为最佳催化剂Mo2C/NC-850。在酸性条件下，Mo2C/NC-850只需107mV的HER过电位就能达到10mA/cm2的电流密度，而在碱性条件下，在电流密度为10mA/cm2的情况下对应的HER过电位为135mV。
(2)我们通过简单的溶剂热反应合成了V/Co的金属有机框架化合物(V/Co-MOF)，以V/Co-MOF为模板和前驱体，经过热解和随后的低温磷化合成了一系列碳化钒负载的磷化钴微球(V8C7/CoP)。由于V8C7和CoP之间的协同作用，V8C7/CoP不仅在碱性和酸性下表现出良好的析氢反应催化性能，而且在碱性下也表现出优异的析氧反应催化活性和尿素氧化反应催化性能。此外，我们使用最佳的三功能催化剂V8C7/CoP-0.18作为阴极和阳极，搭建了酸碱不对称全解水电解池和酸碱不对称电解尿素电解池来电解产氢。研究发现，酸碱不对称电解尿素电解池仅需施加0.8V的电压即可达到10mA/cm2的电流密度，这比酸碱不对称全解水电解池节约了200mV的能量，这些都归因于电化学中和能和电催化尿素氧化能的帮助。该工作为节能电化学制氢开辟了一条捷径。
(1)以钼酸铵四水化合物为钼源，以聚吡咯和双氰胺为碳源和氮源，通过高温热解制备了负载Mo2C颗粒的氮掺杂碳材料(Mo2C/NC),其在酸性和碱性条件下都表现出优异的析氢反应(HER)催化活性。我们探究了煅烧温度对材料催化性能的影响，其中在850℃下得到的为最佳催化剂Mo2C/NC-850。在酸性条件下，Mo2C/NC-850只需107mV的HER过电位就能达到10mA/cm2的电流密度，而在碱性条件下，在电流密度为10mA/cm2的情况下对应的HER过电位为135mV。
(2)我们通过简单的溶剂热反应合成了V/Co的金属有机框架化合物(V/Co-MOF)，以V/Co-MOF为模板和前驱体，经过热解和随后的低温磷化合成了一系列碳化钒负载的磷化钴微球(V8C7/CoP)。由于V8C7和CoP之间的协同作用，V8C7/CoP不仅在碱性和酸性下表现出良好的析氢反应催化性能，而且在碱性下也表现出优异的析氧反应催化活性和尿素氧化反应催化性能。此外，我们使用最佳的三功能催化剂V8C7/CoP-0.18作为阴极和阳极，搭建了酸碱不对称全解水电解池和酸碱不对称电解尿素电解池来电解产氢。研究发现，酸碱不对称电解尿素电解池仅需施加0.8V的电压即可达到10mA/cm2的电流密度，这比酸碱不对称全解水电解池节约了200mV的能量，这些都归因于电化学中和能和电催化尿素氧化能的帮助。该工作为节能电化学制氢开辟了一条捷径。