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氢能因其高能量密度和低碳浓度,被视为未来替代化石能最理想的能源载体。电解水制氢是目前较为成熟的制氢技术,但是高能耗、高成本阻碍了它的推广,因此必须开发高效低成本的电解水析氢催化剂。本论文以石墨烯和多壁碳纳米管为基质,通过杂原子掺杂改性使纳米碳材料获得一定析氢催化活性,并以此为支撑材料,负载钻金属纳米粒子或者Co9S8纳米粒子制备高效低成本的非贵金属析氢催化剂,并就其电化学析氢催化性能进行了详细的研究工作,取得了如下研究成果:(1)通过简单可控的一步热解法合成了氮掺杂石墨烯负载钴纳米粒子(Co@NG)二元复合材料。这种简易的一步热解法不仅实现了对氧化石墨(GO)的氮掺杂,同时也使钴离子转换成了具有良好析氢催化活性的钴金属纳米粒子。研究结果表明,Co@NG具有良好的析氢催化活性和稳定性:在126 mv的过电位下即可实现10mAcm-2的电流密度;经过1000次循环后,线性扫描极化曲线几乎无负移,电流-时间曲线在10h内电流密度无明显衰减,证明该材料具有较优异的催化稳定性。(2)通过溶剂热和热处理法合成了三维氮掺杂剖开碳纳米管凝胶负载钴纳米颗粒(Co/NUCNTs)二元复合材料。对氧化剖开碳纳米管溶剂热掺氮和还原可以得到凝胶状的三维基质(NUCNTs),为复合材料提供大的比表面积有利于实现更多的反应活性位点。Co/NUCNTs具有良好的析氢催化活性和稳定性:在113 mV过电位下氢析出电流密度达到10 mA cm-2的电流密度;经过1000次循环后,线性扫描极化曲线几乎无负移,电流-时间曲线在l0h内电流密度无明显衰减。(3)通过简单可控的一步热解法合成了 Co9S8纳米粒子嵌入氮硫共掺杂石墨烯-剖开碳纳米管基质的三维层状复合材料(Co9S8/NSG-UCNTs)。这种简易的一步热解法不仅实现了对氧化石墨(GO)和氧化剖开碳纳米管(O-UCNTs)的氮、硫双掺杂,同时也使钴离子转换成了具有良好析氢催化活性的Co9S8。Co9S8/NSG-UCNTs具有优异的析氢催化活性和良好的稳定性:当氢析出电流密度为10 mA cm-2时,其过电位仅为65 mv,该材料的氢析出交换电流密度为0.503 mA cm-2;经过1000圈的循环扫描后,线性扫描极化曲线几乎无负移,电流-时间曲线在10h内电流密度无明显衰减。