摘要
由于当前Pt、RuO2/IrO2主要是商业的析氢反应（Hydrogenevolutionreaction，HER）和析氧反应（Oxygenevolutionreaction，OER）的催化剂。但是贵金属催化剂价格昂贵、储量稀缺，不利于大规模电解水制氢。近些年研究者们一直致力于研究表现极佳HER或OER非贵金属催化剂，也取得了一系列丰硕的成果。开发非贵金属双功能催化剂是十分必要的，但是单组元的催化剂很难同时对HER和OER都具有良好的催化活性。所以本文采用不同的方式构筑了多组元催化双功能自支撑复合催化剂。 自支撑电极作为电化学电解水的重要组成部分，可以显著影响表面催化剂的相关性能，最大限度增强活性组分与基体间的结合力，但是传统的泡沫镍（NF）由于基体疲劳性能差，只含有金属Ni且机械强度低，已不能满足作为自支撑电极需要。而泡沫镍铁（NFF）是由镍铁双金属组成的金属泡沫材料，NFF具有优异的机械性能和优秀的耐腐蚀性能，而碳毡（CF）具有轻质和良好的耐腐蚀性等特点。所以本论文提出以NFF和CF为自支撑基体来负载活性组分。通过水热和溶液硫化、化学镀、电镀以及其它处理手段，在基体表面原位合成相应的过渡金属化合物，实现了电催化剂与基体间的强键合，提高了水电解的催化效率。 选用NFF作为基体，B4C作为硼源，NFF作为基体可以提供Ni、Fe元素，而泡沫镍基体上只有单金属Ni，这限制了双金属硼化物的制备。实验通过化学镀的方法把B4C固定在泡沫镍铁基体，这样既可以充分利用泡沫镍铁基体中的宏观孔隙，也可以让金属镍铁与B4C与Ni-P充分接触，在N2氛围下800℃高温与Ni、Fe反应后，得到具有特殊形貌的高比表面积自支撑电极NixFey-B-P/NFF。NixFey-B-P/NFF电极在1MKOH中仅需149mV（HER）与240mV（OER）即可达到100mAcm-2电流密度，并且在水电解测试中，仅需1.62V电压即可达到50mAcm-2，优于商用IrO2/C||Pt/C催化剂。 由于传统金属电极NF、NFF等基体表面易氧化且易断裂，为提高电催化剂的催化活性和耐腐蚀性。选择CF作为基体，CF稳定性高、基体可设计、易加工、优良导电性和稳定性使其成为一种有前途的自支撑基体。本实验运用化学镀的方法在CF的表面镀上金属Ni层作为基体，可有效防止催化剂的剥落。然后通过水热反应和原位硫化反应，制备双功能电解水自支撑电极NiS2-Co3S4/NCF。在1MKOH中，NiS2-Co3S4/NCF在100mAcm-2电流密度下分别对HER和OER展现出了170mV和230mV的过电位。特别是作为双功能电催化剂用于水电解时，NiS2-Co3S4/NCF复合催化剂在碱性电解槽中仅需要1.64V的电位即可实现50mAcm-2的电流密度，优于商业Pt/C||IrO2。
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