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近年来,社会经济的快速发展加速了能源的消耗,导致传统化石燃料如煤炭、石油和天然气等日益枯竭,从而造成了一系列严峻的环境问题（如温室效应、全球变暖等）。目前,常见的清洁能源主要有水能、风能和太阳能,这些能源主要来自于大自然,符合绿色可持续发展的要求。然而由于这些能源存在间歇性、能量密度较低的缺点以及在使用过程中受到地域和气候条件的限制,促使人们亟需开发清洁、可持续且高效的能源。研究发现,氢气（H2）作为高能量密度且清洁无污染的能量载体,不仅来源广泛,而且燃烧产物只有水,因此被认为是传统化石燃料最具有吸引力的替代品。然而电化学水分解方法能够将水大规模地分解为氢气和氧气,该方法绿色环保、安全且高效,被看成是最理想的可再生能源生产途径。电化学水分解主要包括阳极析氧反应（OER）和阴极析氢反应（HER）。OER是四电子转移过程的反应,由于其动力学迟缓,需要更高的过电位才能克服动力学势垒。而HER是二电子转移过程的反应,由于在碱性介质中缺乏氢离子,前期需要解离大量的水来提供质子,因此这就需要比理论电压（1.23 V）更高的电势才能驱动电化学水分解。根据以上原因,探索一种高活性且稳定的OER和HER催化剂来实现经济高效的水分解,对于改善生态环境具有重要意义。现今贵金属基材料（Ru O2、Ir O2和Pt/C等）被认定为OER和HER最有效的催化剂,但贵金属材料成本昂贵、耐久性差和天然丰度低等缺点限制了其广泛应用。因此,探索价格低廉、催化性能优异、地壳含量丰富且能广泛实际应用的催化剂成为一项重要且艰巨的任务。基于以上分析,我们通过简单可行的实验方法,设计并合成了一系列非贵过渡金属基电催化剂。与此同时,采用多种测试表征手段详细探究了这一系列催化剂的OER/HER电催化活性和长期耐久性,及评估其商业应用前景,并对相关催化机理进行分析和阐述。具体研究内容如下:1.Fe2P-WO2.92/NF催化剂:在该催化剂的制备过程中,首先我们通过可控的水热反应在泡沫镍上合成了一系列目标催化剂的前驱体,随之在常温下浸泡K3[Fe（CN）6]溶液,最后在管式炉中进行低温磷化处理制备得到目标催化剂,并对该催化剂的析氧反应活性进行探究。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）测试分析表明催化剂呈现多孔形貌。X-射线粉末衍射（XRD）测试表明复合材料由Fe2P和WO2.92两种物质组成。此外,通过对催化剂进行比表面积（BET）、X-射线光电子能谱（XPS）和电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP）等测试,进一步研究了该催化剂的比表面积、金属化学价态和实际金属含量。通过电化学测试表明,当电流密度为10 m A cm-2时,该催化剂具有215 m V的低过电位和46.3 m V dec-1的低Tafel斜率,远优于其他对照催化剂。当与Pt/C组成的两电极电解槽进行全水分解测试时,只需要1.51和1.90 V的电池电压就可达到10和400 m A cm-2的电流密度且都具有良好的长期稳定性。电催化机理表明,丰富的氧空位暴露了更多的活性位点且提供了良好的导电性。另外,独特的多孔结构能够促进电解质的扩散和气体的快速释放,从而协同提高了催化剂的OER性能。2.1T-Co4S3-WS2/CC催化剂:在这项工作中,我们采用连续的两步合成法策略制备催化剂,首先通过高温水热法在碳布上原位生长目标催化剂前驱体,然后在管式炉中通过煅烧硫粉进行硫化处理,得到目标催化剂1T-Co4S3-WS2/CC超薄纳米片阵列。经过XRD、拉曼（Raman）光谱、BET、SEM、TEM、XPS、ICP等相关表征测试,确定了该催化剂的晶型、化学组成、形貌特征、化学价态和金属的实际含量等。电化学测试分析表明,该催化剂对OER(η10=278 m V)和HER(η10=75 m V)两方面都显示出出色的电催化性能和稳定性,优于大多数目前报道的双功能催化剂。此外,该双功能催化剂所组成的两电极电解槽在10 m A cm-2的电流密度下只需要1.59 V的电池电压。这种优异的电催化活性主要归因于Co4S3与1T-WS2之间的协同作用,以及超薄纳米片阵列结构提供较大的电化学活性表面积,增强电荷传输和促进电解质的扩散。3.Nb-CoSe2/CC催化剂:在该催化剂的制备过程中,我们先通过连续的两步水热法在碳布上原位生长前驱体,之后在管式炉中经过氩气煅烧得到目标催化剂（Nb-Co Se2/CC）。我们对催化剂进行了SEM、XRD、TEM、BET、ICP、XPS和接触角等表征测试,进一步得到了催化剂的形貌、物质结构组成、比表面积值、实际的金属含量、金属的化学价态和亲水性等。电化学研究表明,该催化剂显示出优异的OER性能,达到10 m A cm-2的电流密度时仅需的过电位为220 m V,且能够与Ru O2的催化性能相当,而当与Pt/C组成的两电极电解槽进行全水分解测试时,只需要1.93 V的电池电压就可以驱动500 m A cm-2的高电流密度并且具有出色的耐久性。