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近几十年以来,能源危机一直是人们比较关注的热点话题。由于世界人口的不断增长和人类对化石能源的过度依赖及没有节制的开发,化石能源迅速减少,供需差距逐渐扩大,能源危机日益严重。氢能源具有清洁无污染、可存储、可运输和可循环的优点,对其开发和利用将有助解决能源问题。电解水制氢是一种高效、清洁、可重复进行的规模化制氢途径,但是用于电解的优良催化剂—Pt系金属价格昂贵、产量有限,阻碍了其大规模的使用。因此,开发价格低廉、性能高效的析氢催化剂是该领域的重要课题。近年来,二维层状纳米材料因其独特的物理和化学性质引起了物理、化学、材料、电子等众多领域研究人员的广泛关注。其中,MoS2具有较优越的电催化析氢性能和较丰富的储量,成为电催化析氢领域的热点研究对象。本文中,我们使用水热法和溶剂热法通过纳米化、过渡金属钴（Co）掺杂以及多孔结构（Porous）的构筑成功制备了不同形貌、结构以及组成成分的纳米纯MoS2（MoS2）、Co掺杂MoS2（Co-MoS2）、多孔MoS2（P-MoS2）、多孔Co掺杂MoS2（P-Co-MoS2）系列样品,并研究了它们的析氢电催化性能,其主要内容及结论分为以下四个部分:1.以钼酸钠（Na2MoO4·2H2O）为钼源,硫脲（H2NCSNH2）为硫源,采用水热法分别在160℃、180℃、200℃、220℃、240℃下制备出MoS2-160、MoS2-180、MoS2-200、MoS2-220、MoS2-240系列样品。表征分析得出,不同温度下的样品均表现为纳米花球状,制备温度对MoS2的形貌和尺寸有一定的影响,继而影响其析氢催化性能。电化学分析测试表明,随着制备温度的增加,MoS2的催化活性先增加后降低,在200℃下制备的纳米MoS2催化活性最佳,塔菲尔斜率为76mV/dec,性能明显优于紧密堆叠的片状MoS2。优选MoS2-200样品进行循环稳定性测试,2000次循环后其催化性能几乎不变,稳定性良好。其主要析氢参数为:η=-122 mV,b=76 mV/dec,io=1.65×10-5 A/cm2,TOF=4.43×10-2 s-1。2.根据第一部分结果,选取最优温度200℃制备不同含量的钴掺杂样品。通过控制反应物的化学计量比控制产物样品中的钴含量,制备了Co-MoS2-1（Co含量为1%）,Co-MoS2-4（Co含量为4%）,Co-MoS2-12（Co含量为12%）,Co-MoS2-24（Co含量为24%）和Co-MoS2-36（Co含量为36%）系列样品。多种表征分析表明,相比未掺杂的样品,掺Co系列样品表现为片层更为均匀分散的花球状结构,比表面积增大。析氢测试结果表明,随着Co含量的增加,塔菲尔斜率先变小后增大。当Co含量为24%时,塔菲尔斜率为65 mV/dec,析氢催化活性最优。与未进行Co掺杂的MoS2相比,析氢性能进一步得到提升。第一性原理计算表明,Co掺杂降低了MoS2基板面的氢吸附吉布斯自由能,增加了基板面的电催化析氢活性;随着Co含量的增加,氢吸附吉布斯自由能呈现先减少后增加的趋势,与实验的催化活性变化结果一致。3.为了在结构上优化目标产物,我们尝试了不同方法构筑多孔MoS2。所有方法都是以七钼酸铵(（NH4）6Mo7O24)为钼源,将其在SiO2胶体里进行化学浸渍,得到包裹SiO2小球的均匀分散液,然后经过煅烧得到包裹SiO2小球的MoO3。之后加入不同的硫源和还原剂,反应得到包裹SiO2小球的MoS2,最后用HF酸刻蚀掉SiO2小球,得到多孔结构MoS2。实验时尝试了三种硫源进行样品制备,并对样品进行了表征和析氢性能测试。结果表明,不同硫源制得的样品形貌和析氢性能差别明显。其中用硫代乙酰胺作为硫源制备的样品表现为明显的多孔结构,且孔洞大小均匀,催化活性最高。其析氢活性参数为:η=-203 mV,b=84 mV/dec,io=1.37×10-5 A/cm2,TOF=3.67×10-2 s-1,交换电流密度接近于2H相MoS2的六倍。4.多孔结构MoS2比表面积大,能够暴露更多的活性位点,利于反应物和产物的迁移。过渡金属Co掺杂有利于MoS2氢吸附自由能的降低,使析氢反应的发生更为容易。根据以上情况,我们选取硫源为硫代乙酰胺（CH3CSNH2）的方法进行不同含量的钴（Co）掺杂实验。通过控制反应物的化学计量比控制生成物样品中的钴含量,制备了P-Co-MoS2-1,P-Co-MoS2-4,P-Co-MoS2-12,P-Co-MoS2-24和P-Co-MoS2-36系列样品。结果表明,随着Co含量的增加,塔菲尔斜率先变小后增大,催化活性先升高后降低,其中,P-Co-MoS2-24样品的催化性能最佳。从具体数值来看,未进行Co元素掺杂的多孔P-CS-MoS2样品的塔菲尔斜率为84mV/dec,Co含量为24%的非多孔结构的Co-MoS2-24样品的塔菲尔斜率为65mV/dec,相同Co含量的多孔结构P-Co-MoS2-24样品的塔菲尔斜率为63 mV/dec,相比较来说,催化活性逐步提升。