摘要
钼基催化剂如磷化钼和二硫化钼中存在和氢化酶类似的高效电解水制氢的仿生活性位点，同时还具有价格低廉和储量丰富的优势，作为铂基等贵金属催化剂极具前途的替代品而被引起广泛关注。然而，其本身导电性较差，且具有惰性边缘基面和暴露出较少活性位点的缺点，难以实现高效电解水制氢。为了解决上述问题，本文提出空位工程和金属负载两种策略使其暴露更多活性位点而改善析氢性能。空位工程通过表面原子的缺失增加活性位点，金属负载则是直接引入额外的活性位点，从而提升电解水制氢的催化活性。主要研究内容如下： 1.通过水热和热退火法合成磷化钼（MoP）前驱体，之后在负压的条件下（Plt;250Pa），氢氩混合气（10%H2-Ar）氛围内对MoP进行还原，首次合成了富含磷空位的MoP-Pv。结合一系列材料表征和电催化性能测试，证明了磷空位本身及其诱导的未配位的Mo为电催化析氢反应的活性位点。除此之外，磷空位能加速电荷的传输能力，提升导电性，从而提高催化剂在碱性和酸性介质电解水制氢反应中的催化活性。长时间电催化析氢实验结果表明MoP-Pv电催化剂在碱性和酸性介质中均具有良好的稳定性。 2.通过一锅水热反应合成了一系列非贵金属（镍、钴镍、铁镍）负载的二硫化钼（MoS2）电解水制氢催化剂，金属负载能显著降低碱性介质中MoS2电催化析氢的过电位。其中负载的金属本身能作为析氢的活性位，且金属负载后，MoS2表面粗糙度增加，能进一步增加暴露的活性位点的数量。除此之外，负载金属的MoS2电催化剂的导电性得到了显著提升，从而提升了MoS2在电解水制氢反应中的催化活性，同时金属负载的MoS2也具有良好的催化稳定性。 总的来说，两种策略均能有效增加催化剂暴露的活性位点数量并增强催化剂的导电性，从而显著提升电解水制氢的催化性能。
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