摘要
随着国际能源需求量的不断增长以及化石燃料储量的急剧下降，该现状在一定程度上推动了清洁可再生能源的生产与使用，H2作为一种高效清洁能源，有望成为不可再生能源的替代品。电解水产氢是一种有利于可持续发展的环保方式，但仍存在一定的挑战。例如在阳极上发生的析氧反应（OER）需要较高的电位来驱动。因此，通过设计适宜的催化剂结构和用尿素氧化（UOR）代替OER反应，可以在节省H2生产的成本的同时净化富含尿素的废水。在催化剂的选择上，硒化镍与 Ni/P的结构化催化剂非常有前途。不仅如此，混合过渡金属硒化物以及混合过渡金属磷酸盐通过双金属协同作用可能会拥有更高的UOR活性的催化活性。因此为了提高催化剂的固有活性，本文对单一的硒化镍和 Ni/P材料进行了金属掺杂，具体研究内容如下： 采用电沉积的方法以泡沫镍（NF）为基底原位合成了 3D 球状结构的NiMoSe/NF电极。与合成的NiMo/NF和NF基底相比，NiMoSe/NF电极在所有电流密度下均表现出更高的 UOR和 HER活性，分别需要 1.395 V vs RHE和 54 mV vs RHE的电势就可以提供 10 mA cm-2的电流密度。使用 NiMoSe/NF电极耦合形成尿素电解槽测试其尿素全解的催化性能。该体系中驱动电解池产生 10 mA cm-2的电流密度仅需要 1.468 V vs RHE 的电池电压，比水电解槽的电势低0.212 V vs RHE。与水电解相比，尿素的存在不仅没有抑制氢气的析出，反而UOR反应的存在促进了 HER反应的发生。经过 10 h的 10 mA cm-2的恒定电流测试，NiMoSe/NF电极在0.33M尿素和1M氢氧化钾混合电解液中的电极电势保持稳定，表明该电极具有良好的稳定性。 采用一步水热法合成了NiFe氢氧化物纳米片，并在低温下磷化制备负载在泡沫镍上的 NiFe磷化物纳米颗粒堆叠阵列。基于催化剂本身的 3D多孔结构以及FeNi之间存在的双金属协同关系，使得 NiFeP/NF具有优异的 UOR和 HER催化活性。NiFeP/NF分别需要1.348 V vs RHE和58 mV vs RHE即可分别为UOR和 HER提供 10 mA cm-2的电流密度。同时，以 NiFeP/NF为阴、阳极的耦合电解池，在 1.4 V vs RHE的电池电压的驱动下即可达到 10 mA cm-2的电流密度，比相同电流密度下驱动水电解的电压低240 mV，并且可以在10 h的持续运行中保持稳定。
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