摘要
电催化分解水制氢是实现氢经济循环进而解决环境污染和能源问题的有效手段之一，开发储量丰富、价格低廉和高效稳定的非贵金属催化剂对可持续能源的发展至关重要。近年来，钴基氢氧化物由于比表面积大、易合成、导电性和亲水性好等诸多优势，作为高效的电解水催化剂受到了广泛的关注。在此基础上通过杂原子掺杂、缺陷、应变、界面工程等调控手段，可以优化催化剂的电子结构以及调节活性中间体的结合能，进而提升材料的电催化性能。因此，本文设计合成了不同物相的Co(OH)2纳米结构（α-Co(OH)2/NF、β-Co(OH)2/NF、Co2(OH)3Cl/NF和混相α-Co(OH)2/Co2(OH)3Cl/NF），并通过碱刻蚀法对α-Co(OH)2/NF的催化性能进一步优化，并深入分析了相关的催化机理和一系列材料电催化性能存在差异的内在因素。 采用简单的溶剂热法制备了具有三维结构的Co(OH)2/NF复合材料，其中，混相α-Co(OH)2/Co2(OH)3Cl/NF在碱性电解液中展现出了优异的析氧性能和稳定性，仅需304mVvs.RHE的过电位即可达到50mAcm-2的电流密度，Tafel斜率为104mVdec-1。此外，α-Co(OH)2/Co2(OH)3Cl/NF作为双功能催化剂进行全解水时，仅需1.62V的电池电压就能达到10mAcm-2的电流密度，并表现出了优异的稳定性和耐久性。在OER反应过程中混相α-Co(OH)2/Co2(OH)3Cl/NF样品转化为真正的催化活性物质γ-CoOOH，促进了钴离子与反应中间体OOH*间的电子转移，从而展现了优异的催化性能。尽管催化剂在OER反应中发生了物质上的转变，但依然保持了完整的形貌和结构。 通过碱刻蚀法进一步优化了α-Co(OH)2/NF的电催化性能，得到了具有多孔结构的E-α-Co(OH)2/NF，赋予其更多的活性位点和良好的导电性。通过调节碱刻蚀浓度和反应时间进一步调控了催化剂OER性能，在0.5molL-1KOH溶液中反应2h的样品OER性能最佳，在50mAcm-2的电流密度下需要的过电位仅为275mVvs.RHE，Tafel斜率低至72mVdec-1，经过20h的长时稳定性能测试电压没有的明显下降，展现了良好的耐久性。
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