【摘 要】
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由于化石燃料等能源不断消耗,能源短缺和环境恶化是当今世界面临的重大问题。氢能具有能量高、对环境友好等优点,是一种理想的清洁能源。电解水产氢是制备氢气的一个重要途径,被研究人员广泛关注。目前电解水制氢技术仍然存在一些障碍,电解水过程中析氧反应（OER）是一个四电子转移的过程,缓慢的反应动力学使得电解水效率下降。迄今为止,理想的OER催化剂仍然是Ir O2等贵金属催化剂,由于高昂的成本限制了其广泛应用
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由于化石燃料等能源不断消耗,能源短缺和环境恶化是当今世界面临的重大问题。氢能具有能量高、对环境友好等优点,是一种理想的清洁能源。电解水产氢是制备氢气的一个重要途径,被研究人员广泛关注。目前电解水制氢技术仍然存在一些障碍,电解水过程中析氧反应（OER）是一个四电子转移的过程,缓慢的反应动力学使得电解水效率下降。迄今为止,理想的OER催化剂仍然是Ir O2等贵金属催化剂,由于高昂的成本限制了其广泛应用。近些年以来,过渡金属基催化剂被证实在OER催化中有较大潜力,其相比于贵金属催化剂极大的降低了催化剂成本。但是过渡金属基催化剂还存在导电性差的问题有待解决。碳点（CDs）因其来源广泛、具有良好的电学性能,且表面丰富的官能团使其易于与过渡金属复合,提高催化剂的导电性。基于此,本工作制备了CDs并与过渡金属化合物复合材料,开发高效的OER催化剂。具体研究内容如下:（1）以碳粉、石墨、石墨烯及碳纳米管为原料通过化学氧化法制备了四种CDs,它们表现出相似的光学性质,表面官能团种类相同而数量存在差异,并且它们的形貌特征也存在明显的区别。（2）碳纳米管制备的CDs（CNT-CDs）有较小尺寸及大量羧基,因此更适合用于催化领域。通过溶剂热的方法将CNT-CDs与Ni Fe的层状双氢氧化物（LDH）复合并进行OER催化性能测试,同时也以另外三种CDs替代CNT-CDs用以对比实验。（3）进一步将CNT-CDs与Co Fe及Co Ni的化合物进行复合,以优化催化剂的OER性能。通过制备了具有不同金属类别及比例的催化剂,最终得到催化性能最佳的催化剂为CNT-CDs与Co5Ni复合材料。（4）为了研究CNT-CDs的含量对催化剂性能的影响,设计并合成了五种具有不同CNT-CDs含量的CNT-CDs/Co5Ni催化剂。通过OER性能测试比较五种催化剂的活性发现CNT-CDs的质量分数为26.6%的催化剂性能最佳,在此基础上增加或减少CNT-CDs的含量则会降低催化剂活性。综上所述,本研究通过对CDs、金属类别筛选,并对复合材料催化剂中各组分比例进行优化,获得了具有较高OER活性的CNT-CDs/Co5Ni催化剂。
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