摘要
氢气由于其能量密度高、资源丰富、无污染，被认为是未来替代化石燃料的可持续能源。而电解水制氢被认为是一种可持续的生产可再生氢能的有效方法。但是，该过程需要一种低成本、高效的析氢反应(HER)催化剂来提高整体的反应效率。所以，开发高效、稳定且廉价的非贵金属催化剂至关重要。 磷化钼已被广泛研究作为优良的HER制氢催化剂。因为其在宽pH介质中表现出优异的HER性能，且具有较高的催化活性和稳定性。本论文以磷化钼为研究对象，通过构建异质结构、原子掺杂等方法来优化表面活性位点的电子结构，从而提高其最终的HER性能。在此，我们成功制备了三种高性能的磷化钼基催化剂，并系统地研究了它们对析氢反应(HER)的催化性能。具体内容如下： 1.采用简单的一步退火工艺合成MoS2-MoP异质结并将其锚定在N掺杂的多孔碳基底上成功构建了MoS2-MoP/NC异质结电催化剂。由于制备的MoS2-MoP/NC异质结具有独特的纳米片状形貌可以增加催化剂的活性位点及MoP与MoS2相之间的协同作用，使MoS2-MoP/NC异质结催化剂具有良好的电催化性能。此外，N掺杂的多孔碳基底具有良好的电荷/质子传递能力，可以有效地促进电子传输和防止MoS2-MoP纳米片的聚集以提高催化活性。在1.0MKOH和0.5MH2SO4电解质中，对应的过电位分别为83mV和103mV（电流密度为10mAcm-2时），Tafel斜率分别为59.38mVdec-1和59.20mVdec-1。经2000圈连续CV循环后和12h的HER计时电压法测试后MoS2-MoP/NC异质结电催化剂表现出良好的循环稳定性和耐久性。 2.通过简单的退火工艺将MoP纳米颗粒定锚在N掺杂的多孔碳基上，再进一步采取水热法对其进行Se元素掺杂，通过调控Se元素的加入量，合成了一系列Se掺杂的xSe-MoP/NC(x=0.15,0.20,0.25和0.30)纳米颗粒电催化剂。本文研究了Se-MoP/NC纳米颗粒电催化剂在碱性和酸性环境中的HER催化性能。经过HER性能测试表明，适当Se掺杂后，可以有效的调控MoP的电子结构和表面组成，使MoP暴露丰富的活性位点和提高固有活性，从而使MoP的HER性能得到了显著提高。其中0.25Se-MoP/NC表现出最好的HER催化性能。在1MKOH和0.5MH2SO4电解质中，当电流密度为10mAcm-2时对应的过电位分别为141.21和165.85mV。对应的Tafel斜率分别为69.91和62.93mVdec-1。 3.利用简单低成本的一步法合成Co-MoP/FeP4异质结作为HER电催化剂。其中所构建的MoP/FeP4异质结能够暴露更多的电化学表面积，增加活性位点的数量；同时MoP和FeP4的协同作用，可以促进通过异质界面电子转移，以达到高效的电荷/质子传递。此外，MoP/FeP4异质结在酸性和碱性介质中具有较好的HER性能。为了更进一步提高MoP/FeP4异质结的析氢性能，在MoP/FeP4异质结中引入Co元素，以便更好地调控MoP/FeP4异质结的电子构型，使制备的MoP/FeP4异质结在酸性和碱性介质中的HER性能得到显著提高。在1.0MKOH和0.5MH2SO4电解质中，10mAcm-2的电流密度下的过电位分别为161.7和141.2mV。经2000圈连续CV循环后和12h的HER计时电压法测试后Co-MoP/FeP4异质结材料表现出良好的循环稳定性和耐久性。
NETL