能源问题往往决定着世界经济的走向,然而伴随着能源的大量消耗,由此而导致的环境污染等问题逐渐突显出来。因此,寻找一种可再生并且对环境友好型的清洁能源一直是近年来的热门话题。氢气作为一种高密度的清洁能源逐步受到人们的关注,为此科研工作者也对其进行了长期的摸索,电分解水制氢便是其一。然而传统的电分解水制氢的效率并不是很理想,好在随着电催化剂的引入制氢的效率近年来逐步提升。但目前仍然面临着一个问题,高性能电催化析氢催化剂主要来源于贵金属Pt、Pd以及它们的衍生材料,然而这类材料本身含量稀少且成本高昂,这严重的阻碍了该类催化剂的发展和应用。过渡金属磷化物中的磷化钼以及磷化钴可以说是很有前景的用于析氢反应(HER)的非贵金属催化剂,而改性后的磷化钴甚至可以获得额外的析氧反应(OER)性能。但是它们在碱性环境下的不太令人满意的稳定性和导电性拖累了它的发展。以此为锲机,本文通过N,C共掺杂和金属有机框架(Metal-Organic Frameworks,MOFs)改性磷化钼和磷化钴,致力提高他们在碱性环境下的电催化性能。其主要研究内容如下:(1)基于碳基磷化钼的探索是通过简单有效的两步合成方法合成的,先将四水合钼酸铵和磷酸二氢铵作为原料,并且将尿素作为碳源同其进行物理混合,随后对它们进行热分解处理,以此将碳源引入磷化钼体系中,成功地合成了 N,C共掺杂的MoP(MoP-NC)纳米颗粒。对所合成的样品进行SEM和TEM电镜扫描来确定其形貌结构,而样品的元素以及官能团组成则通过XRD和XPS来表征。通过旋转圆盘电极和电化学工作站可以获得样品电化学性能的各种参数。结果表明,在该体系中,尿素以绝佳的碳氮比参与合成反应进一步提升了 MoP-NC复合材料的电催化性能。因此,这种材料具有优秀的HER电催化活性和稳定性,在1 M KOH中仅需131 mV过电势就能实现10mA cm-2的电流密度,并且在1000 CV循环后表现出微不足道的性能下降。(2)沸石咪唑酯骨架结构材料(Zeolitic Imidazolate Frameworks,ZIFs)通常用于合成MOFs框架,基于MOFs下的磷化钴的探索则是在磷化钼基础上进一步探索有关过渡金属磷化物的双功能催化活性(HER和OER)。采用硝酸钴和2-甲基咪唑合成基于MOFs并且含有Co元素的ZIF-67,之后将该ZIF-67随同复合碳源(三聚氰胺)一同进行热分解获得中间产物,最后将中间产物磷化处理成功的合成了Co-NC/CoP-NC。然后对所合成的样品进行形貌、结构、化学组成成分表征以及电催化性能的分析。结果表明,在碱性测试环境下,通过磷化含有复合碳源参与热解的ZIF-67制备的样品的HER和OER电催化性能均优于磷化直接热解的ZIF-67的性能。这是因为得益于三聚氰胺在热分解过程中生成的气体进一步为所制备样品的中空结构做出了相对应的贡献。在HER性能上,该样品在1 M KOH中需要282 mV过电势来实现10mA cm-2的电流密度。而在OER性能上,该样品在1 M KOH中仅需1.73 V过电势就能实现10 mA cm-2的电流密度。然而,该样品在经过1000CV循环后所表现出来的稳定性并不是非常理想,仍需进一步改进。图17表3参121