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随着非再生化石燃料资源消耗量的增加和由此产生的环境问题,探索替代性绿色可持续能源成为了研究的热点问题。电解水反应已成为实现化学形式下能量有效转换和储存的最有吸引力的方法之一。作为电解水中的半反应,析氧反应(OER)在动力学上是迟缓的,需要较高的过电位。贵金属氧化物(即IrO2和RuO2)作为高性能电催化剂已被用于提高OER反应速率,但是贵金属催化剂的高成本和稀缺性导致的一些不利之处限制了它们的大规模实际应用。因此,设计和开发具有优异催化活性、耐久性、价格低廉及丰富储备的OER电催化剂变得尤为重要。本文基于过渡金属材料构筑多金属三维多级结构电催化剂,有效地提高电化学比表面积、扩大电解质与电极的接触面积和增强电子传输效率与电导性能,在析氧反应中具有优异的催化活性。(一)采用原位生长法制备的CoNiAl-LDH/NF通过结晶溶解再结晶过程与ZIF-67纳米片复合形成新型的三维多级结构ZIF-67/CoNiAl-LDH/NF。由于其多孔、大孔和中孔的多级结构有效的提高了电化学活性面积,暴露了更多的活性组份,加强了电解质的渗透与电子的传输,利用多孔结构以及片状ZIF-67纳米阵列和LDH纳米片构建模块之间的协同效应,实现了其作为阳极材料在OER中的优异活性。在电流密度为10mA cm-2时,过电势仅为303mV,拟合后的塔菲尔斜率为88mV dec-1,将其在恒定电流密度10mA cm-2下反应8h,活性没有明显变化,具有良好的稳定性。(二)采用自模版法设计了一种新型分层项链状CNTs @ NiCoP/C纳米杂化材料,NiCoP以纳米片与纳米笼共存的形式紧密贴合与CNTs上,形成了独特的多级结构。通过碳纳米管与镍的引入改变了金属的电子状态,利用各组分的协同作用与结构优势,充分的暴露了活性位点,提高了电子传输的效率及促进了电解质的扩散。CNTs @NiCoP/C在1M KOH电解质中,作为OER阳极材料具有优异的性能,在电流密度为10mA cm-2时,过电位仅为297mV,塔菲尔斜率为57.35 mV dec-1,且相较于商用Ru02拥有优异的稳定性。(三)采用原位成核法制备的睡莲状CuO/CF通过FeCl2溶液溶剂热法形成新型的三维多级结构珊瑚状Fe-CuO/CF。Fe、Cu之间的协同作用有效增强了电催化活性和改善电荷转移效率,利用形成的多孔与中空结构优势提供了更多的活性位点且加强了电解质与电解液的接触。将制备得到的珊瑚状Fe-CuO/CF作为OER的阳极材料,在1MKOH电解液中进行了测试,发现达到电流密度为50mA cm-2时,过电势仅为340mV,拟合后的塔菲尔斜率为44.28mV dec-1,将其在恒定电流密度50mA cm-2下反应8h,具有优异的稳定性。