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氢气,作为氢经济中一种非常有前景的能量载体,现在主要通过化石燃料的蒸汽重整获得。然而随着人们对于环境问题的重视,发展可持续的清洁能源技术受到越来越多人的青睐。近年来,电解水技术被认为是大规模制氢气的一种替代方法,其中析氢反应(HER)是电解水过程中的关键步骤,因此获得一种高效率、高活性的析氢催化剂至关重要。当前,贵金属表现出极高的HER电化学活性,如铂基催化剂,但其昂贵的价格和稀缺性限制了其大规模的应用。过渡金属硫化物、碳化物、氮化物和金属合金均被作为析氢催化剂进行了研究。其中,二硫化钼因为其储量丰富和高活性引起了广泛的关注。本论文主要针对钼基和钴基催化剂,通过活性位结构设计、载体掺杂和功能化,制备出了高性能的析氢催化剂,详细内容如下:1.通过一种简单的方法原位合成一种单层或少层数的富硫二硫化钼负载在氮掺杂石墨烯上的复合材料MoS2/N-rGO,表现出优异的析氢活性,在过电压200 mV时电流密度达到了32.4 mA·cm-2,同时表现出较好的稳定性。MoS2/N-rGO优异的析氢活性主要来源于水热过程中部分氮元素掺杂到石墨烯中,使石墨烯更容易与二硫化钼结合,促进活性组分在石墨烯上的均匀分布,从而加速二硫化钼纳米层之间的电子转移,提高了催化剂的活性和稳定性。2.通过水热法一步合成对苯二胺功能化的三维结构载体rGO/O-MWCNT负载二硫化钼的MoS2/rGO/PPD/O-MWCNT析氢催化剂。受益于三维结构载体快速的电子传递和质量传递,MoS2/rGO/PPD/O-MWCNT表现出优异的析氢性能,在过电压200 mV时,电流密度达到47.6 mA·cm-2,起始过电位为100 mV。经过1000次伏安循环后,该催化剂仍然表现优异的析氢活性。另外,塔菲尔斜率只有48mV·dec-1,表明其在析氢反应过程中,其速率控制步骤是氢气的脱附。3.通过三聚氰胺的聚合、剥离和钴离子的还原成功合成出金属钴纳米颗粒被包裹在竹节状氮修饰碳纳米管的Co@NCN-800析氢催化剂。金属钴纳米颗粒很好地被碳氮纳米管封闭并保护,同时富氮的碳氮纳米管可以提高催化剂的导电性、可沾湿性和活性位点数。电化学实验表明Co@NCN-800表现出超好的析氢活性和稳定性,起始过电位约为89 mV,塔菲尔斜率为82 mV·dec-1,交换电流密度达到62.2μA·cm-2,活性位点数为0.234 mmol·g-1。