受能源短缺和环境污染两大问题的严重影响,寻找清洁的可再生能源迫在眉睫。氢能作为当今社会最具有发展潜力的“二次能源”,被广泛应用于很多方面。氢的燃烧产物是水,氢又可以由水制得,所以它完全符合能源的循环利用和可持续发展原则。电解水制氢技术凭借操作简单,无污染,产物纯度高等优点受到许多研究学者的关注。由于目前工业电解水电压范围是1.8～2.0V,存在大规模的电量消耗问题,因此必须使用高效的电催化剂来降低过电势,减少电能消耗。目前,Pt类贵金属被认为是拥有最优催化性能的电催化剂。但是由于Pt金属的稀缺性和高昂的价格导致其不能大规模工业应用,所以,寻找高活性、价格低廉的非贵金属电催化剂来代替贵金属Pt是很有必要的。目前已经报道了很多的非贵金属电催化剂,其中过渡金属由于其特殊的轨道结构和未配对的d电子而受到广泛关注。自然界中丰富的纤维素及其衍生物拥有高柔韧性、环境友好、表面丰富的活性基团等特点,可以很好的作为电极基底材料。基于此,本文的研究内容可以分为以下几方面:(1)以杨木粉为来源,采用苯醇抽提、酸化和碱化处理制备木质纤维素。再经过冷冻干燥和高温碳化法制备由木质纤维素衍生的碳纤维,利用X射线衍射(XRD)、拉曼、扫描电子显微镜(SEM)对木质纤维素碳纤维的物相和微观形貌进行分析。结果表明,成功制备了木质纤维素碳纤维试样,且制得的碳纤维直径约为100 μm。(2)以木质纤维素为基体,采用先浸渍后高温碳化的方法制备木质纤维素碳纤维负载钴金属(Co/CFs)电催化剂。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对样品的物相和微观形貌进行了表征分析,并借助电化学工作站测试了样品的电催化性能。结果表明,CFs的引入缓解了 Co纳米颗粒(Co NPs)易团聚的问题,从而有利于实现活性位点的最大程度暴露。用作析氢催化剂时,达到10mA cm-2的电流密度,需要的过电位仅为250 mV,同时可保持长达15 h的催化稳定性。(3)通过浸渍和碳化法制备木质纤维素碳纤维负载过渡金属Ni(Ni CFs)电催化剂。实验结果表明,随着碳纤维的引入,使得Ni金属颗粒(Ni NPs)易团聚的现象得以缓解,增大了 Ni/CFs催化剂的比表面积,暴露出更多的活性位点。对其电解水析氢性能进行研究发现,此电极在碱性介质中表现出良好的催化活性,在10 mA cm-2的电流密度下,析氢过电位为428 mV,Tafel斜率为176 mV dec-1,双电层电容值为18.06 mF cm-2,CV扫描5000圈前后的曲线几乎重合,稳定性测试时长达到10 h。在中性电解质中达到10 mA cm-2的电流密度,需要的过电位为537 mV,Tafel斜率为204 mV dec-1。