摘要
目前，实现大规模制氢的关键是制备高催化活性、低成本的非贵金属催化剂材料。二硫化钼是一种理想的制氢电催化材料，具有与贵金属Pt相近的氢吸附自由能。但是，由于二硫化钼材料具有较差的导电性，暴露较少的催化活性位点，导致其具有较差的本征催化活性。因此，构筑多组分过渡金属硫化物有助于提高二硫化钼的催化析氢性能，发挥各组分之间的催化协同作用。本论文以Anderson型多金属氧簇(FeMo6)作为前驱体，利用其成分及比例可控的特点，合成多元过渡金属硫化物复合材料电催化剂；在此基础上，以高导电基底增加其导电性，借助Ni元素的掺杂优化周围S位点的催化活性，实现复合材料析氢性能的提升。具体研究内容如下： (1)利用一步水热法，以FeMo6多酸、硫脲、GO为原料，合成电催化材料FeS-MoS2/rGO。反应过程中GO被还原为rGO，FeS-MoS2纳米片生长于rGO表面。在1.0MKOH的碱性环境中，电流密度为10mA·cm-2时，FeS-MoS2/rGO的过电位为105mV，Tafel斜率为104mV·dec-1，表现出优异的析氢性能。rGO的高导电性及其可促进电子传输的能力使得FeS-MoS2纳米片呈分散状生长在rGO表面，提高了催化剂暴露的活性位点密度，表现出优异的HER性能。 (2)利用水热法合成了镍掺杂的FeMo6多酸，以镍掺杂的FeMo6多酸为前驱体，通过高温硫化法，合成Ni掺杂的FeS-MoS2电催化材料。Ni的掺杂可以调节MoS2的电子结构，优化氢的吸附自由能，提高其催化活性。Ni掺杂于MoS2纳米片中，可激活与其相邻的S成为有效活性位点。在1.0M的KOH溶液中，达到10mA·cm-2的电流密度时，Ni掺杂的FeS-MoS2的过电位为94mV，Tafel斜率为115mV·dec-1，具有优异的电催化析氢性能。 (3)利用一步水热法，在泡沫镍(NF)基体上合成自支撑电极FeS-MoS2-Ni3S2/NF电催化析氢材料。Ni3S2呈现棒状结构，生长在NF表面，FeS-MoS2纳米片负载在Ni3S2表面。电流密度为10mA·cm-2时，FeS-MoS2-Ni3S2/NF的过电位为118mV，Tafel斜率为79mV·dec-1；在100mA·cm-2的大电流密度时，过电位为216mV，优于同电流密度下Pt/C(20%)的过电位。大电流密度下，FeS-MoS2-Ni3S2/NF表现出更优的电催化析氢性能。
NETL