摘要
为解决传统化石燃料造成的环境污染和能源消耗，开发清洁可再生能源迫在眉睫。氢能已被认为是一种很有前途的能够替代传统化石燃料的产品。在各种制氢方法中，电解水制氢是目前最有效的一种制备氢气的方法，它包含两个关键半反应:析氢和析氧反应（HER和OER）。目前贵金属基化合物（如IrO2/RuO2和Pt）具有优异的OER和HER电催化剂。然而它们具有的高成本和稀缺性的特点限制其大规模应用。本文针对贵金属催化剂存在的问题，通过在导电基底上制备双金属化合物（尤其是具有异质结构的双金属化合物），从而提高催化活性，并探究OER、HER以及全解水性能。具体研究内容如下: (1)通过简单的一步水热法在泡沫镍上原位构建了界面FeOOH/CoO纳米片(FeOOH/CoO-NSs)和纳米线阵列(FeOOH/CoO-NWs)材料。合理选择Fe(NO3)3·9H2O作为铁源，可以防止纳米片的形成，并通过化学亲和性产生纳米线结构。由于FeOOH-CoO界面的协同作用和独特纳米线结构，展现了较多的活性位点，所得FeOOH/CoO-NWs/NF催化剂对HER和OER均表现出优异的电催化性能，远超FeOOH/CoO纳米片(FeOOH/CoO-NSs)和其他的一些同类催化剂。在碱性介质下，对于析氧反应，在50mAcm-2的电流密度下，过电位仅仅只有249mV。同样的对于析氢反应，在10mAcm-2的电流密度下，过电位低至127mV。在两电极体系中，FeOOH/CoO-NWs同时作为阳极与阴极，只需要1.61V的电压即可驱动10mAcm-2的电流密度。 (2)采用简单易行的方法，在钛网上制备了一种富有缺陷的RuO2/TiO2电催化剂(D-RuO2/TiO2/TM)。由于RuO2与TiO2之间的界面作用，且RuO2纳米颗粒上的边缘缺陷，该催化剂呈现了较好的催化活性。对于HER和OER，分别需要74和296mV的电压即可分别达到50mAcm-2和10mAcm-2的电流密度。对于整体的水分解，由D-RuO2/TiO2/TM双功能催化剂组装的电解槽仅需1.59V的电压即可达到10mAcm-2的电流密度。此外，该电解槽在高电流密度下具有出色的活性和稳定性。理论计算表明，富有缺陷的RuO2与TiO2的耦合可以极大地调节RuO2的电子结构，加速催化剂上的水的分解，从而增强了催化剂对HER和OER的固有活性。
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