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在众多能源载体中,氢能展现出巨大的应用潜力和优势。电催化分解水制氢是一种环境友好且可持续的氢气生产方法。为了实现氢气的大量生产进而解决能源危机,需要开发高效耐用且廉价的电催化剂。过渡金属化合物具有电子传导率快,稳定性长,催化性能好,电子间合理共混等优点,因此被广泛研究用于电催化分解水析氢。然而,由过渡金属参与合成的大多数化合物的导电性却比较差,从而限制了高效的电催化活性,所以通常将电催化剂直接生长在导电基质表面,进而提高复合催化剂的电催化析氢活性。本论文主要通过元素掺杂、金属氧化物复合以及构筑双金属合金修饰过渡金属氧化物三种方法来优化析氢电催化剂从而实现可持续的能源转换。本论文主要研究内容如下:1、通过简单的退火方法在泡沫镍基底上合成N掺杂Ni3S2纳米线,并用于碱性和酸性介质中的高效电催化析氢反应。相比于常规水热的方法,我们通过一步管式炉锻烧制备的一维结构纳米线可以提供大的比表面积,暴露更多的活性位点。同时N元素的引入显著影响了 Ni3S2的电子云密度,提高了电催化活性。N掺杂Ni3S2纳米线在1 M KOH介质中和0.5 M H2SO4介质中均表现出良好的电催化析氢活性。当处于0.5 M H2SO4介质中时,N掺杂的Ni3S2纳米线具有较低的过电位,在电流密度为10 mA/cm2时过电位为196 mV;当处于1 M KOH介质中时,材料在电流密度为10 mA/cm2时过电位为105 mV。N引入到一维纳米线中暴露了更多活性位点、优化了电子结构,泡沫镍基底和催化剂间紧密的接触加快了电子传输速率,这些结构特征使得N掺杂Ni3S2纳米线比水热法制备的Ni3S2纳米棒展现出更好的电化学活性和稳定性。2、利用水合肼高还原性使NiMoSx表面析出NiO纳米颗粒,构建NiMoSx@NiO复合纳米材料,并且选择耐碱性以及本身拥有良好电催化析氢活性的316L型不锈钢作为导电基底,实现碱性环境下的高效析氢反应。在1 MKOH电解液中,优化的复合结构催化剂NiMoSx@NiO表现出优异的析氢活性和电化学稳定性。该催化剂的起始电位低至40 mV,当处于电流密度为10 mA/cm2时其过电位仅为92 mV,Tafel斜率值(43 mV/dec)与商用Pt/C的切近。结果表明,由于水合肼的加入与调控,析出的NiO点缀在NiMoSx纳米花球中,两者材料的协同优化实现碱性环境下高效的析氢反应活性。3、通过水热法先合成CoMoOx立方体纳米棒前驱体,然后在还原气氛下煅烧制备出CoMo/CoMoOx复合结构催化剂。通过优化反应物的质量比、反应温度和反应时间制备了不同的CoMo/CoMoOx。在碱性环境下,最优的CoMo/CoMoOx催化剂的起始过电位约为零,而且Tafel斜率仅仅只有28 mV/dec,这与Pt/C催化剂高度相当(起始的过电位值是0 mV,Tafel斜率32mV/dec)。此外,当处于电流密度为20 mA/cm2和200 mA/cm2时,仅仅需要35 mV和280 mV的过电位。实验研究表明,通过在还原气氛下对CoMoOx纳米棒前驱体进行煅烧,析出的CoMo合金表现为高活性中心,同时纳米棒前驱体提供高活性比表面积,两者优化表现出快速Tafel步骤的析氢反应动力学。