摘要
在当今化石能源日渐枯竭、环境污染日益严重的背景下，与风电、光电等可再生能源耦合的电解水制氢技术是未来大规模制取绿氢的主要方式。铂（Pt）被认为是最有效的析氢反应（HER）催化剂之一，但其有限的储量和高昂的价格限制了Pt在电解水制氢中的大规模应用。因此，提高Pt基催化剂的性能、降低铂的用量对电解水制氢技术的发展至关重要，也是铂基催化材料研究的焦点。对铂基催化剂进行形貌控制和组分调控是解决上述问题的合适策略，有助于提高Pt的利用率，进而降低贵金属的使用量。 本论文通过溶剂热法采用 N,N-二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂制备得到尺寸均一的 Pt纳米线材料 Pt-dmf，并探究了不同烷基链长取代的甲酰胺对Pt 纳米材料形貌和性能的影响。结果证明了增加取代基链长会导致形成不规则 Pt 纳米枝结构，同时降低材料中低氧化态铂的含量，使得在酸性条件下的电催化析氢反应中暴露的 Pt 反应位点减少，增大反应过程的界面电荷转移电阻。其中具有均一纳米线结构的Pt-dmf/C催化剂表现出优异的HER性能，在电流密度为 10 mA/cm2 时的过电位仅为 18.8 mV，优于市售的商业Pt/C催化剂。 在此基础上，选用 N,N-二甲基甲酰胺为原料通过一锅法制备了 Mo 掺杂的 PtMo 纳米线，探究 Mo 掺杂对 Pt 纳米线催化剂性能的影响。研究表明了采用二乙酰丙酮钼（MoO2(acac)2）为钼源，引入适量 Mo 能有效提高Pt基纳米线催化剂在酸性和碱性条件下的HER性能。PtMo0.2-NWs/C催化剂在酸性和碱性条件下电流密度达到 10 mA/cm2 所需的过电位分别为 17.3 mV 和 81.5 mV，优于 Pt-NWs/C 催化剂。并且在 0.1 V 过电位下，酸性环境中 PtMo0.2-NWs/C 的质量活性为 6.9 A/mgPt，约为商业 Pt/C 的 2 倍。而在PtMo0.2-NWs上进一步引入非金属原子S、P，发现催化剂的电化学活性面积降低，电荷转移受到阻碍，从而导致 HER反应活性降低。 综上所述，通过形貌控制和组分调控，本文成功开发了具有高 HER 催化活性的 Pt 基纳米线催化剂 PtMo0.2-NWs/C，并探究了其在 HER 反应中的构效关系，为开发更具经济性和可持续性的 HER 催化剂提供了重要参考。
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