【摘 要】
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化石能源的过度消耗与环境污染的加剧迫使人们需要开发一种清洁、高效的可再生能源。氢能作为一种极具潜力的新兴能源受到人们的广泛关注。电解水制氢是一种绿色、环保和高效的制氢方式,但其过高的能耗和成本限制了其大规模应用。因此,发展低成本、高活性和高稳定性的非贵金属析氢（HER）电催化剂是解决上述问题的关键。本论文针对高导电性的尖晶石型结构NiCo2S4,通过引入空位和构建异质结构的策略,对其结构进行调控,
【基金项目】
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天津市自然科学基金（No.16JCYBJC17500）； 河北省自然科学基金（No.E2019202206）；
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化石能源的过度消耗与环境污染的加剧迫使人们需要开发一种清洁、高效的可再生能源。氢能作为一种极具潜力的新兴能源受到人们的广泛关注。电解水制氢是一种绿色、环保和高效的制氢方式,但其过高的能耗和成本限制了其大规模应用。因此,发展低成本、高活性和高稳定性的非贵金属析氢（HER）电催化剂是解决上述问题的关键。本论文针对高导电性的尖晶石型结构NiCo2S4,通过引入空位和构建异质结构的策略,对其结构进行调控,致力于改善其HER催化活性和稳定性。具体研究内容如下:（1）采用电沉积和水热的方法在碳布（CC）上合成了富含S空位的NiCo2S4纳米片阵列。系统考察了硫化工艺参数对于催化剂物相、形貌、组成、化学价态和缺陷浓度的影响,并研究了其在全p H值下的HER性能。研究结果表明,适当的S空位浓度可以有效改善NiCo2S4的HER性能。其在1 M的KOH溶液环境下,只需要150 m V的过电势即可驱动-10 m A cm-2的电流密度,且塔菲尔斜率为82.5 m V dec-1。同时,在长达10 h的恒电流测试下,电流密度几乎无衰减,表明其具有良好的催化耐久性。（2）采用两步水热法成功在CC上合成了Ce Ox@NiCo2S4纳米异质结构电催化剂。系统表征和分析了异质结构的物相、形貌、化学组成和价态。同时,对Ce Ox@NiCo2S4催化剂进行了HER性能测试。研究结果表明,Ce Ox@NiCo2S4较单一的NiCo2S4而言,碱性HER性能有了显著的提升,其在-10 m A cm-2电流密度下,过电势从204 m V降低至157 m V,且其稳定性也有了显著改善。此外,塔菲尔斜率从96.9 m V dec-1优化至78.2 m V dec-1,表明Ce Ox的引入有效的促进了碱性环境下水的解离,加速了Volmer反应的进行。（3）采用水热和电沉积的方法成功制备了Pt@NiCo2S4/CC纳米异质结构电催化剂。系统研究了纳米异质结构的物相、形貌、化学组成和价态。同时,电化学性能测试结果表明,在-10 m A cm-2的电流密度下（1 M KOH）,Pt@NiCo2S4/CC催化剂的过电势仅为44 m V,塔菲尔斜率为58.2 m V dec-1。这一结果可与商业Pt/C的电催化活性相媲美。进一步的电化学机制分析表明其异质结构材料电化学比表面积的增加以及固-液界面电子转移速率的提升是其催化活性得以提高的根本原因。
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