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近年来,由于环境污染的加重和传统化石燃料的短缺,人们越来越重视清洁能源的使用。在各种新能源中,与太阳能和风能相比,氢能具有便于储存、不受气象条件影响等优点。若实现氢能的大范围应用,可以在很大程度上缓解、解决化石燃料短缺和环境污染等难题。在各种制氢方法中,电解水制取氢气具有能量利用率高和操作简单等优点,是最有希望成为一种大范围应用的生产氢气的方法。但是,在实际生产过程中,需要使用到贵金属催化剂,由于其价格昂贵无法进行大规模生产。因此,制备一种可代替贵金属且价格低廉的高效催化剂,对于电解水制氢的工业化生产至关重要。过渡金属氧化物,由于具有良好的催化性能、低廉的价格被认为是贵金属氧化物催化剂的一种有效替代品。其中Co3O4和Ni/Fe-水滑石等催化剂,由于具有良好的催化性能、易于制备等优点已经被广泛研究。催化反应通常发生在催化剂的表面,因此催化剂的几何结构将会对催化性能产生较大的影响。通常,氧化物催化剂材料由于导电性差或催化剂比表面积较小等缺点,而影响催化性能的发挥。本文采用水热法,通过在还原气氛煅烧的方式分别制备导电性良好的Co3O4-x和Co纳米线阵列,最后将上述纳米线阵列与高催化活性的Ni/Fe-水滑石复合构建多级阵列电极,两种材料起到协同效应从而提高Co基催化剂的性能,多级结构可以最大程度的暴露催化剂的活性表面,增大活性位点与电解液的接触面积,从而提高催化效率。首先,通过水热法在不锈钢网上原位生长出Co基纳米线前驱体,将前驱体在空气中高温煅烧转化为Co3O4纳米线阵列,再经NaBH4处理在Co3O4引入氧空位,随后通过电沉积的方式,成功地在阵列表面生长Ni/Fe-水滑石纳米片,构建Co3O4-x@LDH多级结构。电化学测试结果表明,其在30 mA×cm-2电流密度下析氧过电位为272 m V,Tafel斜率为85.5 mV×dec-1;在10 mA×cm-2电流密度下析氢过电位为-284 mV,Tafel斜率为-72 m V×dec-1,催化性能均优于未处理的Co3O4-x纳米线阵列。随后,为了进一步提高催化剂导电性,将Co基纳米线前驱体在氢氩气氛下高温处理,制备金属Co纳米线阵列,金属Co纳米阵列具有更好的导电性。在Co纳米线表面电沉积Ni/Fe-水滑石纳米片,成功构建Co@LDH多级结构并测试其Co@LDH多级结构的全解水性能。结果表明,在30 m A×cm-2电流密度下析氧过电位为262 mV,Tafel斜率为39.8 m V×dec-1,析氢过电位为-265 mV,Tafel斜率为-65 mV×dec-1,在经过50000 s的反应后催化活性基本不变,展示出了良好的稳定性。