开发能同时应用在析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的高活性和高稳定性的双功能电催化剂对可再生能源的利用具有重要意义。在本研究中,我们提出了一种原位N掺杂的策略,通过合理地调控催化剂中原子的空间电子密度,来提高三元硫化物(NiMoS4)在全水电解过程中的活性和稳定性。结果表明,这种改性的N掺杂三元硫化物有着良好的动力学驱动力,为HER和OER反应提供了丰富的催化活性中心。这种自支撑的N-NiMoS4电极在极低的电池电压1.54 V(仅比理论电位高310 mV)下,就可以为双电极系统中的总水电解提供10 mA cm-2的电流密度,这一值比未经修饰的NiMoS4电极低了 130 mV。此外,电化学稳定性显示,该电极在连续工作100 h后,初始电流密度保持率为76.6%,优于工作25 h后的NiMoS4电极。另外,本论文也通过相同的N原位掺杂方式合成制备了 N-CoMoS4电极材料并对其电化学HER性能进行分析,结果表明N-CoMoS4电极材料只需95 mV就可提供10 mA cm-2的电流密度,该值相比于CoMoS4电极材料有51 mV的降低。同时电化学稳定性测试也表明N-CoMoS4电极材料的HER催化稳定性也远好于CoMoS4电极材料。因此,这种有效提高电催化剂活性和稳定性的原位N掺杂策略,可以在通过电子结构调控开发高效电催化剂的工作中提供有价值的思路。本课题主要的研究内容包括:①水热法原位N掺杂NiMoS4的全水解电化学性能的研究以二水合钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)为钼源,六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)为镍源,硫化钠(Na2S)或者硫代乙酰胺(TAA)为硫化或氮化剂分别水热制备出NiMoO4,NiMoS4,N-NiMoS4三种催化剂材料。构建三电极体系,使用电化学工作站对材料的电化学性能进行分析与比较,探究N掺杂对于三元硫化物电化学性能的影响,结果表明N调控优化后的NiMoO4(即N-NiMoS4)纳米线性能明显优于其他材料,仅需109 mV和238 mV的过电位就能分别驱动HER和OER过程中10 mA cm-2的电流密度,并且持续工作100 h后电流密度保持率分别为83.4%和77.8%。另外双电极测试也显示这种自支撑的N-NiMoS4电极仅需比理论值高310 mV的电位,就可以为系统中的总水电解提供10 mA cm-2的电流密度,且具有良好的催化稳定性,持续工作100h后电流密度保持率分别为76.6%。该结果相比于NiMoS4电极材料都具有一定程度的优势,证实了 N掺杂对三元硫化物NiMoS4的电催化性能有一定的改善作用。②水热法原位N掺杂CoMoS4的析氢电化学性能的研究为了探究N掺杂是否对于电解水催化有着更广阔的应用范围,课题以二水合钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)为钼源,六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)为钴源,无水硫化钠(Na2S)或者硫代乙酰胺(TAA)为硫化或氮化剂分别水热制备出CoMoO4,CoMoS4,N-CoMoS4三种催化剂材料,另外使用氨气热处理制备出N-CoMoO4材料。对这四种电催化剂HER性能进行分析比较,结果表明N-CoMoS4电极材料只需95 mV就可提供10 mA cm-2的电流密度,该值相比于CoMoS4电极材料有51 mV的降低。同时HER反应电化学稳定性表明N-CoMoS4电极材料持续工作120 h后电流密度保持率为85.0%,这一结果显示的稳定性也远好于CoMoS4电极材料。