氢气作为一种可再生的新能源,其资源丰富,能量密度高。随着燃料电池的开发和应用,氢能在我们日常生活中发挥着越来越重要的作用。目前制氢的方法有很多种,其中较为成熟的方法就是电解水制氢。在电解水制氢过程中,由于析氢初始过电位的存在,导致大量的电能被消耗。因此,如何降低电解水的能耗成为当前研究的热点,也是亟需解决的问题。传统的贵族金属材料铂具有优异的催化活性,但是其昂贵的成本限制了它的广泛应用。最近研究表明过渡金属硫化物MoS2纳米片由于其表面积大,活性位多,表现出优良的催化性能。但是,单层MoS2的导电性较差、稳定性不好,由于表面能较高,MoS2纳米片之间容易发生堆砌,导致MoS2析氢电催化性能不够稳定。许多学者研究发现,MoS2通过与高导电性的碳基材料(比如:零维多孔炭、一维碳纳米管和二维石墨烯)进行复合,能有效地克服MoS2以上的缺点。在这些碳基材料中,石墨烯纳米片具有超高的导电性和较好的电荷流动性,大的比表面积和良好的柔韧性,更重要的是单层MoS2与石墨烯具有相似的结构。基于这些特征,石墨烯首选被用作MoS2纳米片复合的基底材料,复合形成MoS2/石墨烯复合材料后能稳定MoS2片状结构,避免团聚发生。不仅如此,基于两者在结构和形态上的相似性,石墨烯和MoS2片之间良好的协同效应促进复合材料的电化学性能进一步提高。本论文中,利用水热法成功制备了 MoS2/石墨烯复合材料。在这个实验中,氧化石墨烯(GO)作为复合物生长的基底,我们通过改变实验温度及MoS2和氧化石墨烯的含量对其结构和形貌进行调控,并对复合材料的电化学性能进行探讨和研究,全文的主要结论如下:1、采用水热法成功制备了 3D MoS2@rGO纳米复合材料,在这种方法中,GO纳米片作为二硫化钼生长的基底。结构表征显示这种复合材料具有片与片堆积的孔洞结构,MoS2纳米片较均匀地悬挂和分散在氧化石墨烯的表面。电化学测试结果表明它具有较高的电流密度,过电位为105 mV,塔菲尔斜率只有51mV/dec,显示出较高的催化活性,循环2000次后其性能几乎不变,具有较好的循环稳定性。另外,这种材料在超级电容器方面也有很好的应用,结果表明MoS2@rGO电极材料的比电容高达472F/g及具有良好的倍率特性,表现出优良的电容特性。SCC经过循环30000次后,比容量由472F/g轻微衰减到466.8 F/g,比容量保持率约为98.9%,表现出良好的循环稳定性能。MoS2@rGO纳米复合材料优异的电化学性能归因于其独特的3D孔洞结构及丰富的边缘活性位点,以及MoS2与氧化石墨烯之间的协同效应。2、利用水热法成功制备了由Ni3S4,MoS2和氮掺杂还原氧化石墨烯(N-rGO)组成的Ni3S4/MoS2@N-rGO三元复合纳米材料。形貌分析表明N-rGO的加入能改变复合材料的形貌和微观结构,这种结构具有较大的比表面积,呈现纳米花状孔洞结构。电化学测试结果表明N-rGO能有效改善复合材料的催化活性,当N-rGO的掺入量为20%时,Ni3S4/MoS2@N-rGO的过电位为94mV,塔菲尔斜率为56mV/dec,表现出优异的电催化性能。Ni3S4/MoS2@N-rGO优异的催化性能归因于其独特的纳米花状结构,这种结构含有大量短的含一定缺陷和暴露层边缘的MoS2纳米片和Ni3S4纳米片,MoS2片很好地悬挂在石墨烯表面,能提供更多的有缺陷的活性位点,相互交联的纳米花状结构可以增加其表面积,有利于电解液与催化剂活性位之间接触。另一方面,氮掺杂还原氧化石墨烯后,进一步提高复合材料的电导性。另外MoS2与Ni3S4和还原氧化石墨烯之间的协同效应能进一步提高复合物的催化性能。3、采用水热法合成了具有三元复合结构的NiS/MoS2@N-rGO纳米材料,并将这种材料沉积在轻质导电镍泡沫框架上构成柔性复合电极,形貌及结构分析表明NiS/MoS2@N-rGO样品不仅具备孔洞结构,同时还具备大比表面积的特征,这种结构有利于电解液的传输,增大电解质与电极材料之间的接触面积,缩短了电子和离子的传输路径,从而提高超级电容器的性能:比容量高达2225 F/g及具有优异的倍率性能。另外,基于NiS/MoS2@N-rGO复合电极组装的对称固态电容器表现出优异的电容特性,其中,比电容值为1028F/g;当电流密度增加到10A/g时,其比电容值降为684.2 F/g,为1A/g电流密度下的质量比电容的66.5%。此外,组装的超级电容器循环50000次后,比容量由1028F/g轻微衰减到971.46 F/g,比容量保持率约为94.5%,表明该电容器件具有良好的循环稳定性。另外,该器件还具有良好的柔韧性。