氢能作为一种储量丰富、可持续、能量密度高以及零污染的新型燃料,是未来化石燃料理想的替代物。在众多的制氢方法中,电催化裂解水制氢技术可以简便的制备大规模高纯度的氢气,但需要高效的电催化剂以便能在低过电势下产生大的感应电流密度。铂以及铂基材料目前是世界上最好的析氢反应(HER)电催化剂,但其储量稀少带来的昂贵价格严重影响了它们的广泛使用,因此仍然需要人们投入大量的研究工作去寻找和发展高效、稳定以及非贵金属HER电催化剂。近些年,过渡金属磷化物作为一类优秀的HER电催化剂引起了人们广泛的关注。因此,本博士论文的主题是制备WP2多维纳米结构以及其HER电催化性能的探索研究。论文主要内容归纳如下:(1)利用真空封管技术通过相控制磷化反应路径成功合成了单斜相二磷化钨(α-WP2)和立方相二磷化钨(β-WP2)颗粒,并将它们作为析氢反应电催化剂进行催化性能的评估。对比发现α-WP2具有更好的电化学性能,产生相同的阴极电流密度(10 m A cm-2)需要更小的过电势和塔菲斜率。实验检测结合密度泛函理论计算两个方面探究发现,α-WP2具有更高催化活性的原因可以归结为其更好的导电性,更低的氢吸附能量势垒以及较长的H-P键以促进H原子的脱附形成H-H键。(2)通过真空封管相控制合成方法,合成了包含单斜相二磷化钨(α-WP2)和立方相二磷化钨(β-WP2)两种晶体结构的共晶相二磷化钨(p-WP2),并将其作为一种新型的HER电催化剂进行研究。p-WP2电催化剂在酸性和碱性条件下都展示出良好的电化学性能和稳定性,优于两种单相的WP2催化剂,其原因是α-WP2和β-WP2两种晶体界面接触附近晶格的互相影响调节了析氢反应动力学过程,使得pWP2具有更为优异的电化学催化活性。(3)采用保型磷化的方法在碳布上生长自支撑三维WP2纳米线束(WP2NWs/CC)。这种柔性无粘合剂的具备3D纳米结构的自支撑电极不仅可以暴露大的比表面积,而且可以促进电解液离子和电子的补偿。WP2 NWs/CC展示出极为优异的电催化析氢活性,只需要109 m V的过电势就可产生10 m A cm-2的电流密度,塔菲斜率为56 m V dec-1,并且具有良好的稳定性。。(4)借助脉冲激光沉积技术(PLD)通过真空封管原位磷化的方法,将介孔WP2纳米片阵列有效地生长到石墨纸衬底上(P-WP2 NSs/GP),并将其作为一种3D柔性电极用于电化学裂解水产氢。与没有利用PLD技术制备种子层的样品相比,电催化析氢活性显著提高,原因为PLD预沉积过程提高了催化剂的有效负载密度,增多了活性位点,并加强了催化剂活性材料与衬底之间的电学接触,促进了电极的电荷输运动力学。(5)成功制备Mo掺杂的3D自支撑WP2纳米线束(Mo-WP2 NWs/CFP)高效HER集成电极。研究结果表明,Mo掺杂使WP2纳米线束催化活性得到显著提高,当掺杂浓度即Mo与W摩尔比为5%时,样品催化活性最好,产生10 m A cm-2的电流密度,只需要96 m V的过电势,塔菲斜率为48 m V dec-1,这在文献报道的磷化钨电化学性能中是最好的。Mo对WP2纳米线束的掺杂提高了其导电特性,增加了电化学活性表面积以及改变了P的结合能使其作为活性位点更易于聚集电子参与反应,这些因素显著增强了WP2纳米线束的电催化析氢性能。