摘要：开发清洁、高效的新能源,减少化石能源的开采与依赖是当代走可持续发展道路的不二选择,氢能源具有来源广泛,...开发清洁、高效的新能源,减少化石能源的开采与依赖是当代走可持续发展道路的不二选择,氢能源具有来源广泛,绿色清洁,燃烧产物无污染且可回收利用等优点,是未来最具发展潜力的新能源之一。利用碱性溶液电解水产氢可以避免以往酸雾对设备的腐蚀、产物不纯等不良因素,成为产出高纯氢气的有效途径,电解水所涉及的两个半反应:阴极析氢反应（HER）,阳极析氧反应（OER）,对于电解水的效率都起到至关重要的作用。目前被普遍认为最高效的催化剂为贵金属催化剂,商业Pt/C对于阴极HER反应的催化能力至今很难被超越,IrO2和RuO2也是被公认具有优异的阳极OER催化活性的贵金属催化剂,虽然贵金属拥有很高的活性,但其昂贵的成本和在反应中易团聚失活的现象极大地限制了它们的广泛应用。因此,本文拟通过合成一种自催化生长的碳纳米管包裹过渡金属化合物材料,该类材料拥有较好的导电性和稳定的管状结构,不仅价格低廉,更具有较高的活性面积,电化学测试结果表明,这些管状结构包裹的纳米颗粒具有优异催化活性的同时,更加以独特的结构特征保证了催化过程的稳定性,作为双功能材料应用于电解水时,能有效的降低电解水的槽电压,且在不同的电流密度下均表现出良好的稳定性。具体内容如下:（1）利用钴盐在高温下自催化生长氮掺杂碳纳米管包裹金属钴,并进一步硫化处理生成硫、氮共掺杂的碳纳米管包裹核壳结构CoS2@Co纳米颗粒。制备得到的催化剂材料拥有两种杂原子掺杂,改善了其电子结构的同时提高了导电性,且暴露了较大的电化学活性面积,特殊的核壳结构不仅加速了水的裂解,也促进了产物的脱附,从而大大的提高了催化产氢和产氧的性能,自催化的碳纳米管也为活性组分的稳定催化提供了抗腐蚀的空间。（2）利用镍盐在高温下自催化生长氮掺杂碳纳米管包裹金属镍,为了解决不能将金属Ni颗粒完全硫化的问题,在碳纳米管生长时引入了Mo元素,与碳管共同生长的MoxC颗粒可以调节碳纳米管中N掺杂的种类,增加吡咯氮的含量,吡咯氮的电子云偏向环内,环外处于吸电子状态,从而可以促进金属Ni单质失电子被完全硫化生成NiS2纳米颗粒,NiS2@Mo2C拥有比NiS2@Ni更优异的催化性能,电解水仅需1.52 V即可达到10 mA cm-2的电流密度,同时在不同的电流密度下都展示了更强的稳定性以及接近100%的法拉第效率。（3）通过调控镍盐、铁盐的比例,使其高温下自催化生长氮掺杂的碳纳米管包裹Ni3Fe合金颗粒,利用阴离子调控手段,分别引入S、Se两种阴离子,探究不同阴离子对于前驱物的改性对其性能的影响。通过电化学测试和机理分析发现,Ni3Fe纳米颗粒经过硫化处理后生成的NiS2/Fe7S8异质结加速水的裂解能力比引入Se原子生成的NiSe2/Fe3Se4更加剧烈,OER反应仅需要330 mV的过电位即可达到50 mA cm-2的电流密度,性能更加优异,同时S和Se的引入都可以进一步促进产物O2的脱附速率,这种独特的异质结界面是展现出优异OER催化性能的主要原因。更多还原显示全部
