【摘 要】
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氢能作为一种二次能源,由于具有燃烧热值高、产物无污染等优点而有望成为化石燃料的替代者。电化学分解水产氢纯度高而被广泛关注,但是电化学分解水往往需要较多的能耗,因此制备具有高活性的催化剂成为电解水的关键。目前,Pt|C、Ir O2/Ru O2仍是最好的析氢反应（HER）、析氧反应（OER）催化剂,但是其地壳含量少、价格昂贵限制了其实际应用。过渡金属（氢）氧化物由于具有独特的氧化还原性质和价格低廉等优
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氢能作为一种二次能源,由于具有燃烧热值高、产物无污染等优点而有望成为化石燃料的替代者。电化学分解水产氢纯度高而被广泛关注,但是电化学分解水往往需要较多的能耗,因此制备具有高活性的催化剂成为电解水的关键。目前,Pt|C、Ir O2/Ru O2仍是最好的析氢反应（HER）、析氧反应（OER）催化剂,但是其地壳含量少、价格昂贵限制了其实际应用。过渡金属（氢）氧化物由于具有独特的氧化还原性质和价格低廉等优势而广泛应用于电催化领域。其中,Ni（OH）2被广泛研究,因为Ni（OH）2可以与羟基相互作用以促进水解离,从而提高催化活性,但是单一的Ni（OH）2催化活性并不理想。目前,利用不同元素之间的协同作用制备Ni（OH）2复合催化剂已被广泛研究。常用来制备Ni（OH）2复合催化剂的方法有高温煅烧法、多步水热法、电沉积法等,但是这些方法都存在合成路线复杂、能耗高、不能大规模生产等缺点。因此,探索一种简单、节能且能规模化制备Ni（OH）2复合催化剂的方法具有非常重要的实际意义。此外,相对于传统的粉末材料电极,自支撑电极的制备过程更为简单,且不需要额外使用粘接剂,具有更好的导电性以及机械稳定性。基于此,本文采用以腐蚀为主的方法制备了自支撑Ni（OH）2@MoO3析氢催化剂和自支撑Ni（OH）2@FeOOH析氧催化剂,这种方法为大规模制备HER、OER催化剂提供了可能性。利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、场发射透射电子显微镜（FE-TEM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）等表征了催化剂的形貌、组成,通过线性扫描伏安法（LSV）、计时电位法（CP）评估了催化剂的催化活性和长期稳定性,并借助电化学阻抗谱（EIS）、液下接触角（CA）等初步分析了催化剂性能优异的原因。主要工作如下:（1）在ISO-9227国际腐蚀标准的基础上,通过简单的醋酸盐水浸泡法在泡沫钼镍基底上原位合成了Ni（OH）2@MoO3复合催化剂。该催化剂微观形貌为纳米片组成的网状结构,由无定形的Ni（OH）2与六方MoO3按1:1.2比例复合而成。Mott-Schottky测试表明Ni（OH）2和MoO3间存在异质结。Ni（OH）2@MoO3在广泛p H范围内均具有优异的析氢催化活性,具体而言,其在碱性溶液（1.0 M KOH）、中性溶液（1.0 M PBS）、酸性溶液（0.5 M H2SO4）中,分别需要134 m V、132m V、70 m V的过电位便可达到10 mA cm-2的电流密度,优于近期报道的在广泛p H条件下的大部分析氢催化剂。CP测试结果表明,在1.0 M KOH溶液中,当固定电流密度为-10 mA cm-2时,在长达100 h的稳定性测试期间,电位仅增加了33 m V。当利用CV测试评估Ni（OH）2@MoO3在1.0 M PBS、0.5 M H2SO4溶液中的稳定性时,经过500圈的CV测试后,CV前后的极化曲线几乎完全重合。并且,CP和CV测试后样品的微观结构都得到了较好保持,以上结果表明Ni（OH）2@MoO3具有优良的稳定性。（2）采用盐酸腐蚀-等离子体处理两步法在泡沫铁镍合金基底上原位合成了Ni（OH）2@FeOOH析氧催化剂。催化剂的微观形貌为蜂窝状结构,由无定形的Ni（OH）2与FeOOH按2.1:1的比例复合而成。在1.0 M KOH溶液中,Ni（OH）2@FeOOH在电流密度为10 mA cm-2、100 mA cm-2时,过电位分别为177m V、292 m V,Tafel斜率为69 m V dec-1,优于近期所报道的大部分铁镍基催化剂。当固定电流密度为100 mA cm-2进行计时电位测试时,在长达100 h的测试期间,电位仅增加了40 m V。此外,将本论文制备的Ni（OH）2@MoO3析氢催化剂与Ni（OH）2@FeOOH析氧催化剂组装成全水分解装置时,在1.0 M KOH中,仅需要1.59 V的电池电压便能达到10 mA cm-2的电流密度。
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