摘要
电解水制氢具备原料可再生、零碳排放、氢气纯度高等优势，被认为是最佳的制氢技术之一。析氢反应（HER）是电解水制氢的关键反应，Pt基催化剂具有出色的HER催化活性，然而Pt的高成本和稀缺性导致其应用受限。因此，开发低廉、高效的非贵金属基析氢催化剂对电解水制氢技术的大规模利用具有重要意义。本论文利用相分离法制备了CoP/MnOx和Ni/TiO2异质界面催化剂用于催化碱性HER，并对构效关系和反应机理进行了详细研究。 1.利用磷化手段成功将双金属氧化物MnCo2O4.5相分离为由结晶CoP和无定形MnOx物质组成的异质界面催化剂（CoP/MnOx）。与CoP相比，CoP/MnOx对碱性HER表现出更高的催化活性。研究表明，CoP/MnOx复合材料中界面效应和晶粒细化效应是其具有高析氢性能的主要原因。CoP与MnOx间的界面效应有利于促进水分子的分解，加速HER动力学过程。在MnCo2O4.5相分离过程中，MnOx相的存在能够限制CoP晶粒长大，并且减小MnCo2O4.5前驱体的晶粒尺寸也有助于减小CoP粒径。CoP晶粒的细化增大了电化学活性面积和异质界面数目，有利于提高催化活性。 2.以碳纸为导电基体，采用相分离方法构建了由金属Ni纳米颗粒和金红石相TiO2组成的异质界面催化剂（Ni/TiO2-CP）。实验和理论计算结果表明，Ni/TiO2的界面间相互作用可诱导电荷重新分布，改变Ni纳米颗粒的电子结构，从而优化水分子的吸附，降低水解离过程的能垒。此外，TiO2中的氧位点具有适中的氢吸附能，可作为氢吸附和脱附的活性位点。在界面电子效应和协同效应的共同作用下，Ni/TiO2-CP表现出优异的析氢性能。在1MKOH中，Ni/TiO2-CP达到10mAcm-2时的过电位仅为28mV。另外，碳纸的高导电性对Ni/TiO2充分发挥催化性能也起到了重要作用。
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