摘要
近年来，基于低成本的传统过渡金属的尖晶石型化合物已被广泛用于电解水领域。通过金属掺杂可以进一步改善其电化学性能。此外，构建复合结构来调整活性金属位点的局部电子结构也是有效的方法之一。因此，本课题以氢氧化物为表面活性层，与三金属尖晶石氧/硫化物结合构建复合结构，进一步调控其表面电子结构，从而获得高活性和稳定的整体水分解催化剂。通过电化学测试研究其对析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的性能，并将催化剂分别作为阳极和阴极来构建两电极系统，进行全解水测试。 通过水热法加溶剂热法制备了系列三金属尖晶石型复合材料 Ni(OH)2/MnxNi1-xCo2O4/NF。其中Mn/Ni进料比为3∶1的复合材料Ni(OH)2/MnNiCo-O/NF呈现出三维纳米花状，对应的电催化活性最好。在 OER 过程中，仅需要 325 mV 的低过电位即可达到 50 mA·cm-2，Tafel斜率为 90.4 mV·dec-1；对于 HER过程，在 10 mA·cm-2下表现出129 mV的低过电位以及 78.5 mV·dec-1的小 Tafel斜率。当构建两电极系统时，达到 10 mA·cm-2需要 1.70 V的电压。 采用水热法和电沉积法制备了不同 Fe/Ni 比的尖晶石型复合结构催化剂。其中， Fe/Ni进料比为 1∶3的复合材料 NiCo-LDH/FeNiCo-O/NF具有最低的过电位、最小的塔菲尔斜率、最小的电荷转移电阻和最大的电化学活性表面积。XPS 分析证明 NiCo-LDH 和 Fe、Ni、Co 三金属尖晶石型氧化物（FeNiCo-O）之间存在界面相互作用和电荷转移。合适含量 Fe离子的引入加快了动力学反应速率，复合结构的构建增加了材料的活性表面积，从而使催化性能得到改善。复合材料构建的两电极系统仅需 1.67 V 的电压即可达到10 mA?cm-2。 为了进一步提高材料的导电性和稳定性，构建了由超薄 NiCo-LDH 层包裹高导电高稳定的 Cu、Ni、Co 三金属尖晶石型硫化物（ CuNiCo-S ）的异质结构 NiCo-LDH/CuNiCo-S/NF。XPS分析证明，NiCo-LDH与CuNiCo-S之间存在较强的界面相互作用和电荷转移。作为 OER催化剂，异质结构在 50 mA·cm-2时具有 270 mV的低过电位和 57.7 mV·dec-1的低 Tafel斜率；用于 HER时，在 10 mA·cm-2时具有 87 mV的过电位，Tafel 斜率为 64.1 mV·dec-1。此外，该催化剂还具有优异的稳定性，连续反应超过40 h 后其催化活性基本保持不变。当应用于全解水时，10 mA·cm-2只需要 1.59 V 即可驱动。
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