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开发具有高催化活性、高稳定性、低成本的多功能电催化剂对于能量转换和存储至关重要。一般而言,催化剂的结晶度越高,其催化活性越好;而近年来非晶催化剂由于组成成分灵活、制备条件温和、有利于荷质转移而越来越受到人们的重视。然而,非晶态合金催化剂存在比表面积小、稳定性差等问题使其还不能被工业应用。另外,通过引入具有强配位作用的含氮聚合物则有望提高非晶态催化剂的稳定性,因为这类物质富含孤对电子,使其与金属间的结合力更强;同时,具有还原性的含氮聚合物可能会为金属原子提供高催化活性的缺陷位点。基于此,本论文设计了三种非晶态镍铁/氮基聚合物,并考察了它们作为电化学催化剂在析氧反应(OER)、析氢反应(HER)和氮气还原反应(NRR)的应用。主要工作如下:(1)结合电聚合、浸渍和煅烧方法在三维泡沫镍(NF)上原位生长了NiFeOxHy-pMel催化剂。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱等表征方法证明了非晶态片状NiFeOxHy-pMel/NF电极被成功制备。采用扫描线性伏安法(LSV)、电压-时间曲线(P-T)和循环伏安法(CV)等电化学表征手段考察了催化剂的电解水催化性能、电解水稳定性能及电化学表面积大小。实验结果表明,NiFeOxHy-pMel/NF电极中三聚氰胺诱导产生的氧空穴具有高OER和HER催化活性,其在20 mA cm-2电流密度下分别仅需185 mV和187 mV的低过电位。使用NiFeOxHy-pMel作为双功能催化剂可用于有效且稳定的总体水分解,其电池电压在10 mA cm-2下仅为1.518 V。(2)以九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)和三聚氰胺(Mel)为原料,通过简便蒸发干燥策略成功地制备了具有花簇结构NiFeOx-Mel/NF催化剂。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDX)、X射线衍射(XRD),拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)等表征技术对催化剂的形貌和结构进行分析。通过LSV、P-T、CV和EIS电化学技术探究了蒸发干燥时间、蒸发干燥温度、原料配比等因素对催化剂活性的影响。结果表明,得到的NiFeOx-Mel催化剂具有出优异的OER和HER活性。对于OER反应,NiFeOx-Mel催化剂在30 mA cm-2电流密度下的过电位和Tafel斜率分别为243 mV和134 mV·dec-1。对于HER反应,催化剂达到30 mA cm-2的电流密度所需的过电位和Tafel斜率分别为207 mV和181 mV·dec-1。此外,NiFeOx-Mel催化剂作为HER和OER催化剂至少可以维持200小时的稳定性,具有潜在工业应用价值。(3)以九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)、六水合氯化铬(CrCl3·6H2O)、六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)和聚乙烯亚胺(PEI)为原料,通过简便蒸发干燥法成功地制备具有OER、HER、NRR三功能的NiFeCr-PEI催化剂。采用电化学表征手段对NiFeCr-PEI催化剂进行析氢、析氧催化性能测试,而且还研究了催化剂电催化固氮性能。结果表明,对于HER反应,NiFeCr-PEI/NF电极达到30 mA cm-2的电流密度所需的过电位和Tafel斜率分别为206 mV和118 mV·dec-1。对于OER反应,催化剂在50 mA cm-2电流密度下的过电位和Tafel斜率分别为240 mV和34 mV·dec-1。此外,NiFeCr-PEI/CP电极能够实现高效的NRR电催化,在-0.7 V(RHE)电位时,NH3的产率为1.26×10-10mol·s-1·cm-2,法拉第效率为3.32%。