全球不可再生能源的消耗和随之而来的环境问题迫切需要开发和利用新型可持续发展的清洁能源。在诸多类型新型能源中,氢能由于其能量密度高、来源范围广、产物清洁无污染等优点,有望成为传统化石燃料的替代品。目前大部分的氢气是通过石油和天然气的重整过程制得,传统制氢方法不仅造成化石能源的大量消耗,而且会引起环境的污染。电解水产氢(HER)方法因其产氢纯度高和能量利用率高在各种氢气制备方法中备受关注。贵金属因其超低的过电势和较高的电流密度,被认为是最佳析氢电催化剂;然而,贵金属的成本高、储量低等特点限制了电催化制氢的大规模应用。目前,HER电催化剂的研究工作虽然集中在过渡金属基化合物方面,但是其电催化性能仍然不能和贵金属催化剂相媲美。将贵金属和过渡金属合金化或许会成为一种降低成本同时提升性能的有效方式;同时,将合金活性物质与杂原子掺杂的碳材料形成复合材料能够提高催化剂的活性和稳定性。本论文以类水滑石及插层的类水滑石材料为前驱体,经过碳化过程,制备出两种碳结构包覆的贵金属-过渡金属合金化合物(Ir-NiCo/N,S-C和IrCo/NC),并研究了其用作HER催化剂的电催化性能。主要研究内容如下:1.Ir-NiCo/N,S-C复合物的制备及析氢性能研究。以间氨基苯磺酸阴离子插层类水滑石Ir-NiCo(OH)2为前驱体,经焙烧后制得花球状的Ir-NiCo/N,S-C复合物,插层的间氨基苯磺酸经过高温碳化可以同时作为碳源、硫源和氮源。该复合物中微量(1.87 wt%)Ir掺杂得到的Ir-NiCo三元合金颗粒均匀镶嵌在N,S共掺杂3D碳花球上。电催化结果表明,Ir-NiCo/N,S-C在1 M KOH和0.5 M H2SO4电解液中均表现出优异的析氢反应活性,10 mA cm-2时对应的过电位分别为77 mV和96 mV。该性能明显优于对照样Ir-Co/N,S-C、NiCo/N,S-C、Co/N,S-C的HER电催化性能。催化性能显著提高的原因在于:(i)少量Ir金属在过渡金属合金中的掺杂,可以改变合金电子结构调控合金表面电化学行为;(ii)杂原子掺杂的三维碳骨架结构具有较大的比表面积和介孔分布;这些特点既可以使活性位点得到大量暴露,又可以促进电子的传导和电解质的接触,从而提高析氢反应性能。2.IrCo/NC的制备及其析氢性能研究。首先制备g-C3N4负载的Ir-Co(OH)2类水滑石前驱体(Ir-Co(OH)2/g-C3N4),经高温碳化过程,所得氮掺杂碳负载的IrCo二元合金复合物(IrCo/NC)。电化学测试表明,IrCo/NC在0.5 M H2SO4和1 M KOH溶液中均表现出优异的析氢反应活性,10 mA cm-2时对应的过电位分别为32 mV和33 mV,Tafel斜率分别为36 mV dec-1和53 mV dec-1,该性能明显优于对照样Co/NC复合物、粉体IrCo合金的HER电催化性能。其显著提高的催化性能在于:贵金属-过渡金属合金和氮掺杂碳共同促进了析氢催化性能,即(i)贵金属和过渡金属合金化可以改变合金电子分布,进一步调控了合金表面的化学性质,从而提升电催化活性;(ii)类水滑石前驱体的层板通过限域作用使Ir原子均匀分布,从而使IrCo二元金属合金颗粒在氮掺杂碳基底上分布均匀;(ⅲ)多孔氮掺杂碳提供了较大的比表面积和多孔结构,利于活性位点的暴露、增加电解液与催化剂的接触面积。