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氢气作为理想的清洁能源,具有广阔的应用前景,电催化分解水制取氢气是制氢最有效的途径之一。作为其半反应之一的析氧反应,由于动力学速率缓慢,电催化剂昂贵,限制了其工业应用。因此,亟需设计一种廉价高效的催化剂,用于降低析氧反应的过电势。为此,本研究论文以具有良好的电化学活性的镍基硫化物为基础,设计、合成了镍铁基硫化物应用于电催化分解水领域。首先我们采用一步电沉积法,直接在泡沫镍基板上制备了微量Fe(Ⅲ)掺杂Ni3S2/NF超薄纳米片催化剂,并探索了不同含量的Fe对催化剂形貌、结构和电催化析氧反应性能的影响。通过XRD、Raman和TEM等手段对所制备的Fe(Ⅲ)-Ni3S2/NF催化剂进行表征,证实其具有确定的Ni3S2晶相,而微量Fe掺杂没有改变Ni3S2晶相。通过XPS图谱表明掺入的Fe表现为三价铁离子,SEM和TEM图像说明微量Fe(Ⅲ)的掺杂使Ni3S2的表观形貌由梭形纳米棒变为100～200 nm长的超薄纳米片。通过测定LSV曲线,发现Fe含量仅为2.1(at.)%时,Fe2.1%-Ni3S2/NF具有最优的析氧催化活性。电流密度为10 mA cm-2时对应的析氧过电势为213 mV,低于Ni3S2/NF电极(324 mV)和RuO2/NF(240 mV)的过电势,而Tafel斜率仅为33.2 mV dec-1。在电流密度分别为20和100 mA cm-2时进行连续10小时催化测定,电势分别保持在1.51 V和1.61 V,波动范围很小,且形貌结构保持不变,表明Fe2.1%-Ni3S2/NF电极良好的稳定性。我们进一步探索Fe2.1%-Ni3S2/NF优良的催化活性的原因,发现Fe(Ⅲ)离子的加入增大了电极的活性面积,Fe2.1%-Ni3S2/NF的电化学活性面积是Ni3S2/NF的2倍,为反应提供了更多的活性位点。同时,由于镍铁的协同效应,电极的本征催化活性增强。微量铁离子的掺入还使电极的亲水性增强,其接触角仅为16.7o,促进了电极和电解液间的接触。EIS测定说明Fe的掺入提高了电极的导电性,电荷转移电阻减小,动力学速率加快。此外,本文采用两步沉积法,首先在泡沫镍上通过循环伏安法制备镍铁氢氧化物前驱体,之后在水浴加热下经化学反应硫化,得到NiFe-S@NiFe-OH/NF复合催化剂,应用于析氧反应,提高了镍铁氢氧化物的催化性能,同时使该电极能够在近800 mA cm-2的大电流密度下进行催化,有利于工业应用。通过一系列结构表征,证明复合电极中镍铁硫化物和镍铁氢氧化物同时存在,Ni、Fe、S、O元素均匀的分布在催化剂表面,电极为无定型态,较好的保持着NiFe-OH/NF前驱体的三维纳米薄膜结构,形成大量交互相连的3D多孔结构,为析氧反应提供更多的活性位点。在电流密度为10 mA cm-2时,NiFe-S@NiFe-OH/NF所需的OER过电势仅为247 mV,比 NiFe-OH/NF(264mV)提高了 17 mV,Tafel 斜率仅为 43.7 mV dec-1,同时具有良好的稳定性。研究发现,NiFe-S@NiFe-OH/NF电极表现出比NiFe-OH/NF更好的催化活性主要是由于镍铁硫化物和氢氧化物两种材料间的协同作用。同时,硫化后复合催化剂的导电性增强也对提高催化性能有一定的影响。