【摘 要】
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氢气（H2）是单位质量能量密度最高的分子。尽管地球上的氢元素储量丰富,但游离氢分子的储量却相当有限。高效、可持续地生产H2是H2广泛利用的关键。电催化水分解技术可以利用间歇性可再生能源产生的电力制氢,在大规模和绿色制氢方面显示出了巨大的前景。目前,铂族金属被认为是用于析氢反应（HER）的最佳电催化剂。然而,这些材料的高成本和有限的储量阻碍了它们的广泛应用。为了通过电催化水分解大量生产H2,必须找到
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氢气（H2）是单位质量能量密度最高的分子。尽管地球上的氢元素储量丰富,但游离氢分子的储量却相当有限。高效、可持续地生产H2是H2广泛利用的关键。电催化水分解技术可以利用间歇性可再生能源产生的电力制氢,在大规模和绿色制氢方面显示出了巨大的前景。目前,铂族金属被认为是用于析氢反应（HER）的最佳电催化剂。然而,这些材料的高成本和有限的储量阻碍了它们的广泛应用。为了通过电催化水分解大量生产H2,必须找到低成本和丰富的Pt替代品。除贵金属外,过渡金属硒化物（TMSs）也是研究最多的HER催化剂。在不同类型的材料中,TMSs具有突出的催化特性、高稳定性和独特的能力,可以加速HER。事实上,TMSs与相应的硫化物具有相似的结构,但具有更高的电导率,这是因为Se更具金属性。因此,TMSs是一类可用于有效的电解水的理想的HER电催化剂。目前,对TMSs电催化剂改性的主要方法有相变与层间工程、合金化、元素掺杂、异质结和复合纳米结构等。本论文利用微波辅助还原及水热共还原的方法制备了RuSe2纳米材料,并利用相变调控、与Co、N掺杂的碳纳米片（Co-N-C）和还原氧化石墨烯（r-GO）复合的方法对其性能进行改进,通过形貌结构及电化学表征,探讨了改性方法提升电催化HER性能的原因,主要内容如下:（1）以Se粉和Ru Cl3为原料,乙二醇为分散剂,通过微波辅助还原法制备了1T与2H混合相高结晶度的RuSe2电催化剂并用于碱性溶液中电催化析氢。通过控制退火温度,协同调节了RuSe2中的1T相含量及结晶度。当退火温度为500°C时,RuSe2-500拥有45.46%的1T相含量及86.75%的结晶度,同时HER性能也最佳,在10 m A cm-2电流密度下的过电位仅为29 m V,相应的Tafel斜率为64 m V dec-1。高1T相含量增强了导电性,加快了电子转移速率,结晶度的提高也增大了电化学活性比表面积,因此RuSe2-500的HER表现最佳。（2）在这部分中,我们以Co-N-C作为催化剂载体,通过水热法与RuSe2形成异质结构并用于在碱性溶液中电催化析氢。负载在Co-N-C后,RuSe2的HER性能得到明显提升,RuSe2/Co-N-C-5电流密度为10 m A cm-2时的过电位仅为26.4 m V,相应的Tafel斜率为53.2 m V dec-1,在10 m A cm-2电流密度下具有17 h的稳定性。这主要得益于Co-N-C基底既适合暴露更多的活性中心,又拥有较好的导电性,Co、N的掺杂同时赋予了碳纳米片额外的水吸附和解离功能。受益于Co功能化和独特的异质界面引发的协同效应进而提升RuSe2的HER性能。（3）RuSe2/r-GO复合材料的制备及碱性电催化HER性能研究。采用水热共还原的方法,将氧化石墨烯还原并与RuSe2纳米颗粒复合之后用于碱性溶液中HER。还研究了氧化石墨烯的加入量对RuSe2/r-GO的HER性能影响。其中RuSe2/r-GO-5在碱性溶液中电流密度为10 m A cm-2时的过电位仅为35.5 m V,相应的Tafel斜率为56.1 m V dec-1,长时间的循环测试和计时电流测试也表明其具有持久稳定性。RuSe2与r-GO偶联后,富含缺陷的r-GO为RuSe2提供了大量活性位点,同时增强了导电性,进而提升了RuSe2本征电催化析氢活性。
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