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近年来,由于现代社会的快速发展,人们对于能源的需求量也越来越大。氢气,由于其燃烧产生的热量高,燃烧产物为清洁的水,且可以通过水电解法制得,故引起了科学家们的广泛关注。因此寻找一种高效催化HER的低成本电催化剂是科学家们的研究热点。基于此,科学家们经过数十年的研究,成功的制备出了一系列的高效HER电催化剂,主要有铂族贵金属类催化剂,过渡金属类催化剂,非金属类催化剂。但存在着贵金属类催化剂虽然催化效果好,但其价格昂贵,而非贵金属类催化剂虽然其价格低廉,但其制备过程较为复杂,且催化性能较差。 碳纳米管,由于其具备许多独特的性质,如大的比表面积,好的机械性能和电学性能以及易于功能化,近年来被广泛用于各种电催化反应。而石墨炔作为一种新型碳材料,由于其独特的电子结构、大的共轭体系、良好的化学稳定性、电子导电性等,自从被制备以来也吸引了众多科学家们的研究兴趣。 本文以这两种碳材料为研究对象,利用无电沉积法制备了功能化的HER电催化剂,具体研究内容如下: 1.制备了自沉积钯纳米颗粒的氮原子掺杂多壁碳纳米管(PdNPs-NMWNTs),该纳米复合材料表面沉积的金属钯纳米颗粒尺寸超小,分散均匀,赋予该复合材料较大的比表面积。并对其电催化析氢的性能进行了研究。实验结果表明该材料对HER有着优良的催化效果。在电流密度为1 mA cm-2时,过电位仅为14 mV。tafel斜率也仅为33 mV/dec,同时,该复合材料在经过10000 s的长时间电解后电流密度并没有明显的下降。 2.利用石墨炔独特的电子结构、大的共轭体系等性质,以氧化石墨炔(Graphdiyne Oxide,GDYO)为基底和还原剂,利用无电沉积法制备了氧化石墨炔Pd纳米复合材料(GDYO-Pd),该纳米复合材料表面的钯纳米颗粒具有粒径超小,分散性很好等特点,并对其电催化析氢的性能进行了研究。通过实验验证,表明该材料对电催化析氢有着良好的催化效果,优于商用10%Pd/C,在电流密度为1 mA cm-2时,过电位仅为52 mV。tafel斜率也仅为55 mV/dec。并且,该复合材料在经过10000 s的长时间电解后电流密度反而有所上升,表现出该催化剂良好的催化稳定性。