摘要
近年来，能源需求的逐渐增加和化石燃料的逐渐枯竭，急需开发绿色清洁的可再生能源。氢能因燃烧热值高、易生产、无污染等优势受到了广泛关注。在目前的制氢途径中，电解水制氢是一种绿色且可持续的策略。然而，由于在电解水制氢中催化性能优异的铂基催化剂因成本高昂，储量低等问题限制了电解水制氢的发展。层状MoS2纳米片因其制备成本低且具有独特的电子结构，尤其是在边缘位置拥有适宜的氢吸附自由能，被认为是取代铂基催化剂潜在的替代者之一。但是，MoS2存在着基面惰性和导电性差等问题，因此，需要通过掺杂/复合等手段对其进行结构调变以提高其析氢催化活性和稳定性。 论文采用水热法和超重力法分别制备Ru-MoS2@NC和Ru-MoS2@PPy电解水析氢催化剂，旨在从合理的催化剂结构设计出发，在导电载体上垂直生长MoS2纳米片，暴露更多边缘位置的同时增加MoS2的导电性，此外通过金属掺杂激活MoS2惰性基面，从而制备高活性和高稳定性的析氢催化材料。主要研究内容及结论如下： （1）采用硬模板法制备了中空的碳纳米球（NC），并在Ru金属的辅助下通过水热法将MoS2均匀地生长在NC的表面，制备了Ru-MoS2@NC复合催化材料。研究发现Ru不仅能够诱发2H-MoS2转变成1T-MoS2，而且能辅助MoS2在NC表面垂直生长的更加密集和均匀，产生更多的活性位点，提升材料的催化活性。当Ru的含量为3.39wt%时，制备的Ru-MoS2@NC在1.0MKOH溶液中表现出优异的电解水制氢活性，在10mAcm-2下具有78mV的过电位，相比于纯MoS2的过电位（362mV）催化活性得到了显著提升。 （2）以硫脲为硫源，以MoO3@PPy中的MoO3核为钼源，采用原位限制生长的方式制备了中空MoS2@PPy纳米线，然后通过超重力法将Ru负载到MoS2纳米片表面，合成了具有垂直排列的中空核壳结构Ru-MoS2@PPy催化材料。Ru和PPy的引入可以明显提高材料的催化活性。此外，MoS2纳米片是由内到外穿过PPy层，且在其表面垂直生长，这种生长方式强化了MoS2与PPy之间的相互作用，可以有效防止电催化过程中MoS2纳米片的团聚，提高了材料的催化稳定性。Ru-MoS2@PPy不仅在10mAcm-2时表现出39mV的低过电位，且在40000次循环伏安测试后催化活性没有发生明显的下降。
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