摘要
氢作为理想的清洁能源载体，被认为是化石燃料的最有前途的替代品之一，发挥着越来越重要的作用。利用可再生能源电解水制氢是一种可持续、可扩展的的方法，被认为是最有发展前景的制氢技术。催化剂对电解水的效率有着很大的影响，目前对于析氢反应，最有效的是贵金属Pt基催化剂，但是由于Pt的高成本和低储量极大的限制了其广泛应用。因此，开发高效率、低成本且具有良好稳定性的非贵金属催化剂有着重要的意义。过渡金属磷化物因其结构稳定，具有良好的导电性能以及热力学稳定性等物理化学性质，被誉为“准铂催化剂”析氢催化剂，是非贵金属析氢电催化剂国内外研究的前沿热点。本文的研究内容如下: (1)采用浸渍法合成负载在石墨烯上的金属前驱体，然后用气固法磷化合成了负载在石墨烯纳米片上的NiCoP、CoMoP、MoNiP双金属磷化物纳米复合催化剂。通过表征发现石墨烯载体的引入使得催化剂颗粒分散良好。利用旋转圆盘电极在0.5MH2SO4溶液中测试了极化曲线、Tafel斜率、电化学活性表面积、电化学阻抗和稳定性。研究发现NiCoP/GR催化剂表现出良好的HER催化活性。当电流密度为10mAcm-2时，其过电位为195mV;且有着最低的Tafel斜率，为66.4mVdec-1;并且在10mAcm-2的电流密度能够稳定保持12h电解，表明其具有良好的稳定性。 (2)采用水热法合成了生长在泡沫镍上的Ni-Co前驱体，然后用气固法磷化成功地制备了Ni/Co比例为0∶4、1∶3、2∶2、3∶1、4∶0的NiCoP/NF催化剂。在1.0MKOH溶液中测试了极化曲线、Tafel斜率、电化学活性表面积、电化学阻抗和稳定性。研究发现，不同Ni/Co比例的NiCoP/NF催化剂在磷化后形貌有明显地变化，随着Ni/Co比例的降低，NiCoP/NF催化剂前驱体结构保持完整程度先变大后减小。在碱性条件中随着Ni/Co比例的降低NiCoP/NF催化剂的HER催化活性先增大后减小。Ni/Co比例为1∶3的NiCoP/NF1-3催化剂具有最优的HER催化性能，当电流密度为10mAcm-2时，过电位仅为99mV，Tafel斜率为65.4mVdec-1，并且在10mAcm-2的电流密度能够稳定保持20h电解，具有良好的稳定性。
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