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贵金属Pt是电解水制氢时常用的析氢催化剂,但由于Pt资源匮乏,价格昂贵,迫切需要开发一种无贵金属的新型析氢催化剂。目前虽然已开发出Ni3N、Mo S2等析氢催化剂,但其催化活性相对于Pt仍较低,需要开发催化活性更高的新型析氢催化剂。在已经报道的各种电解水析氢催化剂中,Ni基和Mo基催化剂最具发展潜力。具有双d电子轨道的Ni(3d84s2)利于水分子的电子迁移和后续的O-H键的裂解,而具有半空d电子轨道的Mo(4d55s1)有利于吸附氢(Hads)的形成。因此,NiMo析氢催化剂有望降低析氢反应(HER)过程中的能垒,加快碱性条件下的HER动力学,成为代替贵金属Pt的新型析氢催化剂。本文采用磁控溅射工艺制备NiMo薄膜,首先研究磁控溅射工艺参数对薄膜结构和析氢催化性能的影响,并通过N掺杂、反溅法表面刻蚀以及Ar等离子体表面刻蚀等调控技术进行膜结构调控。薄膜结构、表面形貌和成分主要采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等手段,析氢催化性能通过电化学工作站进行测试。采取控制变量法,研究了不同磁控溅射工艺参数下NiMo薄膜的成分、结构、组织形貌和析氢催化性能,确定了高性能NiMo薄膜的制备工艺。在Ni靶:Mo靶溅射功率比为100W:200W时得到了Ni20Mo80薄膜,其由NiMo和Mo两相组成,在Ni靶:Mo靶溅射功率比为280W:55W时,得到了Ni80Mo20薄膜,其由单一Ni4Mo相组成,随Ni靶:Mo靶溅射功率比的升高,薄膜中Ni相对含量逐渐增加,晶粒尺寸增加,析氢催化性能降低。随着基底温度的升高,Ni20Mo80薄膜(041)衍射峰向左偏移且半峰宽变小,成分无明显变化,晶粒尺寸增加且更加均匀,析氢催化性能降低;Ni80Mo20薄膜(121)衍射峰向左偏移且半峰宽变小,成分无明显变化,晶粒尺寸增加且更加均匀,析氢催化性能先升高再降低。随着基底偏压的增加,Ni20Mo80薄膜(041)衍射峰向右偏移且半峰宽变大,薄膜中Ni相对含量逐渐降低,晶粒细化且膜表面粗糙度降低,析氢催化性能降低;Ni80Mo20薄膜(121)衍射峰向左偏移且半峰宽变大,薄膜中Ni相对含量逐渐降低,晶粒细化且膜表面粗糙度降低,析氢催化性能降低。通过上述研究,获得了磁控溅射制备NiMo薄膜的最佳工艺参数:Ni靶:Mo靶功率比为100W:200W、基底温度为298K、基底偏压为0V条件下制备的Ni20Mo80薄膜析氢催化性能最优异,在10m A cm-2电流密度下过电位(η10)为150m V,Tafel斜率为56m V dec-1,传荷电阻为12Ω。为进一步提高最佳磁控溅射工艺参数下制备的Ni20Mo80薄膜的析氢催化性能,采取控制变量法,研究N元素掺杂、反溅法表面刻蚀以及Ar等离子体表面刻蚀对Ni20Mo80薄膜的结构和析氢催化性能的影响规律,确立了高性能Ni20Mo80膜的结构调控工艺。在N掺杂过程,随磁控溅射N2分压的升高,薄膜中Mo相对含量降低,晶粒尺寸逐渐增加,析氢催化性能降低。在反溅法表面刻蚀过程,随反溅功率的增加,薄膜成分无明显变化,晶粒尺寸先降低后增加,析氢催化性能先升高后降低;随着反溅时间的增长,薄膜成分无明显变化,晶粒尺寸先降低后增加,析氢催化性能先升高后降低。在Ar等离子体表面刻蚀过程,随屏极电压的增加,Ni20Mo80薄膜(041)衍射峰向右偏移且半峰宽变大,薄膜中Ni相对含量逐渐降低,晶粒尺寸先降低后增加,析氢催化性能先升高后降低;随刻蚀时间的增长,Ni20Mo80薄膜衍射峰向右偏移且半峰宽变大,薄膜中Ni相对含量逐渐降低,晶粒尺寸先降低后增加,析氢催化性能先升高后降低。通过上述研究,获得了Ni20Mo80薄膜结构和性能调控的最佳工艺参数:反溅功率为100W、反溅时间1min时反溅法表面刻蚀改性后的Ni20Mo80析氢催化性能最优异,在10m A cm-2电流密度下过电位(η10)为91m V,Tafel斜率为41m V dec-1,传荷电阻为5Ω。析氢催化性能优于文献中的Ni Se/Nifoam(96m V,120m V dec-1)和Fe2Ni2N/Nifoam(180m V,120m V dec-1),甚至优异于Pt箔在10m A cm-2电流密度下的过电位125m V,即需要更小的分解电压就可实现水的电解,有望成为代替贵金属Pt的新型析氢催化剂。