能源危机以及随之而来的环境污染都在迫切的要求我们大力发展可再生的清洁能源。在众多新型可再生能源当中,氢能由于具有极高的质量比能量密度,反应过程无毒无污染,转化效率高等优点,受到了诸多关注。但是,目前氢气的主要制备方法还是依赖于化石燃料重整、裂解制备,副产物多且不可持续。鉴于风能、太阳能的规模化扩张和成本下降以此为电解水提供电力。电解水是通过析氧反应和析氢反应将水分子电解为氢气和氧气,产品纯度高,无污染,生产使用过程中无碳排放,是目前绿色制备氢气的最优发展方向之一。目前最有效的析氢反应催化剂(HER)是贵金属Pt及其合金,它拥有低过电位和低塔菲尔斜率等优点,但由于其储量低、价格高,限制了其在工业生产中的大面积使用。因此为了促进氢能的进一步发展,研发催化活性高,稳定好的非贵金属电解水催化剂是当前的大势所趋。近些年,纳米结构化的镍基合金及其磷化物、氮化物、氧化物、金属有机框架(MOFs)等催化剂相继涌现,提高了析氢反应、析氧反应的电催化活性。但是纳米材料一般都具有双重特性,高反应性的同时伴随低稳定性,复杂的3D结构所带来的的高比表面积往往意味着其在物理及化学稳定性方面的先天不足。因此,大部分的析氢催化测试时仅考察了 10～100 h时的稳定性,与工业上实际应用有非常大的差距,且大多数非贵金属催化剂在酸性条件下容易发生溶解反应而造成失活。为此,在立项之初我们提出了非贵金属高性能HER催化剂应同时具备:1)廉价易得。2)优异的媲美Pt基催化剂的电催化性能。3)不低于1000h的长时间稳定性。4)适用pH范围广。本文的主要研究内容包含如下三个方面:1.硫化NiMoO4/泡沫镍电极(NiMoS/NF):通过简单的一步水热法以钼酸铵和硝酸镍为前驱体溶液在泡沫镍基底上合成纳米柱状镍钼酸盐前驱体NiMoO4/NF,随后使用升华硫作为硫源进行热处理硫化掺杂,成功合成了 NiMoS/NF。通过优化硫化温度、恒温时间、升华硫质量等条件确定了最佳反应条件。在300℃,前驱体与升华硫质量比为1:2下恒温120 min合成的NiMoS/NF具有优秀的催化活性同时兼具出色的物理及化学稳定性。其在10 mA/cm2电流密度下的过电位为89.4 mV,与同期其他学者研究成果相当。2.氮化NiMoO4/泡沫镍电极(NiMoN/NF):NiMoO4/NF制备步骤与上述相同,本章主要是对NiMoO4/NF进行氮化方面的研究,其中氮源选取了双氰胺、尿素、氨气、三聚氰胺等有机含氮化合物,对热解氮化的反应温度、恒温时间、氮源质量等方面进行了详细的研究。其中在600℃,前驱体与双氰胺质量比为1:3,120 min恒温时间下合成的NiMoN/NF展现出了优异的析氢催化性能,且在强酸及强碱电解液中均保持稳定。它在-10 mA cm-2和-100 mA cm-2电流密度下的析氢过电位仅为5.0 mV及60.0 mV左右,塔菲尔斜率仅为45.4 mV dec-1,展现出了优于贵金属Pt/C的电催化活性和稳定性。3.工业化放大实验:将上述优化过的NiMoN/NF催化剂进行实验室小规模放大实验,与电沉积法制备的NiFe/NF组成全水电解。在这一节,实验中将1 cm*1 cm电极片利用现有条件成功扩大了 100倍面积,在85℃高温,30%KOH的强碱溶液中,考察了不同基底材料及电极隔膜对电流电压的影响,同时在室温环境下进行了长达1600小时的老化实验,验证了材料优异的电催化活性及稳定性。产学结合,为今后的电解水制氢工业化奠定了实验室基础。