摘要
可再生能源制氢被认为是解决能源危机和环境问题的最佳方案之一。电解水是可再生能源制氢的重要环节。在电解水制氢过程中，阳极进行析氧反应，由于涉及4个电子转移，析氧反应动力学缓慢，需要催化剂加速反应过程。传统析氧催化剂主要为RuO2和IrO2等，贵金属消耗量大、成本高，导致电解水制氢技术难以推广。因此，开发低成本、高活性析氧电催化剂是实现电解水制氢商业化的关键。 过渡金属硫化物在活化过程可引入丰富缺陷，调控电子结构，表现出优异的析氧电催化活性。鉴于金属铁、锰具有价格低和化学价态丰富的优点，本论文提出铁锰双金属硫化物（FeMnxSy）作为新型低成本、高活性析氧催化剂。 本论文分别采用一步水热法和溶剂热法制备了FeMnxSy。研究了在两种溶剂体系中合成温度、反应时间、硫化剂浓度、Mn/Fe浓度比对产物物理性质和析氧电催化性能的影响规律，建立了FeMnxSy可控制备方法，阐明了溶剂体系对FeMnxSy析氧电催化性能的影响机制。本论文主要研究如下： （1）采用一步水热法制备了FeMnxSy(FeMnxSy-HT)。在水溶液体系，Mn/Fe浓度比为1.00、硫代乙酰胺浓度为0.20mol/L、反应温度为220℃、反应时间为4h条件下获得了呈高结晶度的块状颗粒和无定形态球状颗粒的产物，主要物相为MnS2和FeS2。FeMnxSy-HT的电化学活性面积为110.30cm-2，欧姆电阻为1.47Ωcm-2。在1.0M KOH溶液中，析氧过电位为289mV@10mA cm-2，Tafel斜率为41.59mV dec-1，质量比活性85.21A g-1，转换频率为0.26s-1，恒流极化（10mA cm-2）48h后过电位增幅仅2%。FeMnxSy-HT析氧催化活性和稳定性均优于商业RuO2催化剂。 （2）采用一步溶剂热法合成FeMnxSy(FeMnxSy-ST)，溶剂为由氯化胆碱和尿素（摩尔比1:2）组成的低共熔溶剂。在低共熔溶剂体系，Mn/Fe浓度比为1.00、硫代乙酰胺浓度为0.20mol/L、反应温度为160℃、反应时间为24h条件下获得了呈纳米棒状颗粒和球状颗粒的产物，主要物相为FeS2和MnS。电化学活性面积212.51cm-2，欧姆电阻为1.49Ωcm-2。在1.0M KOH溶液中，析氧过电位为261mV@10mA cm-2，Tafel斜率为40.33mV dec-1，质量比活性226.60A g-1，转换频率为0.70s-1，恒流极化（10mA cm-2）48h后过电位增幅仅1%。相较于FeMnxSy-HT，FeMnxSy-ST具有更加优异析氧催化活性和稳定性。
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