目前，寻求一种有效的方法和技术来完全利用可再生能源是一个很大的挑战。电催化水电解技术通过制备可重复利用的氢气被认为是一种极具潜力的技术。氧析出反应是发生在电催化水电解阳极的一个半反应，其极慢的反应速率，是制约整个水电解的动力学过程的重要因素。一般，铂、氧化钌和其他贵金属及其氧化物被用作高效氧析出反应和氢析出反应的材料，但是它们仍具有价格昂贵和低储存量的缺点。相比之下，过渡金属这类非贵金属则被认为是一种有潜力的电催化水电解反应催化剂。因此，本论文的主要目的是通过一种简便且可重复的电解水工艺，合成具有高电导率和高活性的Co-Fe(1/1)-Se、Co₂P-CoSe₂ 、Ni₂P-Fe₂P 和 NiSe₂-CoP等廉价纳米材料，并通过形态工程、杂原子掺杂、界面工程优化了其电化学性能。通过在不同的纳米材料上生长后得到具有高导电性、快速离子传输、高催化活性和稳定性的异质结构电催化剂材料。本文的主要研究内容如下：p采用一步水热法合成了钴掺杂硒化铁球形纳米颗粒作为氧析出和氢析出反应双功能催化剂并将其应用于电解水全反应。水热合成的Co-Fe1/1-Se具有纳米尺寸的球型形貌。将钴掺入硒化铁中会产生更多的活性位点，这是由于产生的粗糙表面促进了电解质离子和电子的高效传输，从而增强了催化活性。XPS分析证实了异质界面处 FeSesub2/sub和CoSesub2/sub之间的强电子相互作用，从而促进了界面处电荷的快速转移。三电极体系下的Co-Fe1/1-Se电催化剂在酸性和碱性电解质中具有增强的HER活性和在碱性电解质中的高OER活性。Co-Fe1/1-Se异质结构在酸性电解质（0.5 mol Lsup-1/sup Hsub2/subSOsub4/sub）中HER反应的电流密度为10 mA cmsup-2/sup时具有129 mV的过电位，优于CoSesub2/sub 158 mV和FeSesub2/sub 242 mV。Co-Fe1/1-Se 具有极高的稳定性、47 mV decsup-1/sup的低塔菲尔斜率和20h后没有显着衰减的长期循环稳定性。异质结构Co-Fe1/1-Se的HER活性也在碱性电解质（1 mol Lsup-1/sup KOH）中进行了测试，其电流密度为10 mA cmsup-2/sup时的过电位为142 mV，优于CoSesub2/sub和FeSesub2/sub。Co-Fe1/1-Se在碱性电解液中则具有46 mV decsup-1/sup的低塔菲尔斜率，并且在1000次循环伏安测试中表现出很强的稳定性。碱性条件下持续测试14h，性能无明显下降，表明其电催化HER的强耐久性。Co-Fe1/1-Se在碱性电解质中电催化析氧反应在20 mA cmsup-2/sup的电流密度时的过电位为270 mV，优于CoSesub2/sub和FeSesub2/sub，具有78 mV decsup-1/sup的小塔菲尔斜率和强稳定性。得益于其在碱性电解质中优异的HER和OER活性，将Co-Fe1/1-Se沉积在碳布上并在碱性电解质中进行水分解测试。Co-Fe1/1-Se在碱性电解液中的电压为1.68 V、9 h的耐久性测试后性能没有显著变化。这项工作为用于整体水分解的异质结构电催化剂的发展提供了参考。/p p通过形态工程在纳米片上生长纳米棒的简便电解方法构建了一种具有高活性和强耐久性的分支异质结构材料可用于可持续制氢。镍铁磷化物是通过两步水热反应和磷化合成的，通过丰富的缺陷提高纳米棒在各种pH值下的催化活性。所制备的Nisub2/subP-Fesub2/subP/CC纳米棒催化剂在酸性、碱性和中性电解质中均表现出良好的HER活性。Fesub2/subP的引入创造了更多具有特殊形态的活性位点，促进了电子向电解质的快速转移。XPS结果表明，Fesub2/subP/CC的掺入改变了Nisub2/subP/CC的电子结构，进而改善了Nisub2/subP-Fesub2/subP/CC在 HER过程中的电子转移能力。因此，在HER活性过程中，Ni和Fe原子之间产生的协同效应是Nisub2/subP-Fesub2/subP/CC纳米棒具有高性能的主要因素。Nisub2/subP-Fesub2/subP/CC，在酸性电解液（0.5 mol Lsup-1/sup Hsub2/subSOsub4/sub）中HER电流密度为10 mA cmsup-2/sup 下的过电位为78 mV、具有61 mV decsup-1/sup的低塔菲尔斜率和长达20h的强稳定性。Nisub2/subP-Fesub2/subP/CC在碱性电解质中HER测试时，在电流密度为10 mA cmsup-2/sup时的过电位降低到 80 mV、Tafel斜率为29 mV decsup-1/sup，并且具有30h的长期稳定性。此外，Nisub2/subP-Fesub2/subP/CC也在中性电解质中进行了测试，在电流密度为10mA cmsup-2/sup的过电位为87 mV、Tafel斜率为104 mV decsup-1/sup，在1.0 mol Lsup-1/sup的PBS中能稳定工作30h。该研究表明了制备可用于广泛pH值范围内具有优异性能的HER催化剂十分重要。/p p本章节提出设计一种简便的方法结合界面工程合成异质界面材料，通过调节其电子结构和增加活性位点以促进快速传质来达到具有高电子电导率和优异的水电解活性。Cosub2/subP-CoSesub2/sub/CC通过水热、硒化和磷化三步工艺以实现纳米线形态的构筑。XPS测试结果显示，制备的异质结构中具有很强的界面电子相互作用，促进了电子从Cosub2/subP向CoSesub2/sub的转移，这是Cosub2/subP电子结构优化的结果并有利于其HER性能的提升。DFT计算证实了通过Cosub2/subP-CoSesub2/sub/CC中Cosub2/subP和CoSesub2/sub之间的耦合，优化了氢吸附的吉布斯自由能 ΔGsubH*/sub和Hsub2/subO分子的吸附能 ΔEHsub2/subO，从而促进了反应动力学和HER催化活性。合成的电催化剂在碱性电解质（1.0 mol Lsup-1/sup KOH）中展现出很高的HER活性，其电流密度为10 mA cmsup-2/sup时的过电位为52 mV，相应的Tafel斜率则为67 mV decsup-1/sup。Cosub2/subP-CoSesub2/sub/CC反应35 h没有显著衰减，证明了其长期稳定性。Cosub2/subP-CoSesub2/sub/CC在酸性电解质（0.5 mol Lsup-1/sup Hsub2/subSOsub4/sub）中的HER活性也进行了测试，电流密度为10 mA cmsup-2/sup时的过电位为47 mV、Tafel 斜率为79 mV decsup-1/sup，并且具有长达60 h的稳定性。碱性电解液中Cosub2/subP-CoSesub2/sub/CC在10 mA cmsup-2/sup时的析氧反应过电位为250 mV、Tafel斜率为39 mV decsup-1/sup、稳定性强，优于Cosub2/subP和CoSesub2/sub。得益于其在碱性电解质中强的HER和OER活性，Cosub2/subP-CoSesub2/sub/CC在碱性电解质中进行了水电解测试，其电池电压为1.64 V，在30 h的长期耐久性测试后没有显着变化。Cosub2/subP-CoSesub2/sub的高性能来源于Cosub2/subP掺入的结果，它创造了更多的活性位点、可调电子结构和氢气气泡更容易扩散的电解质界面。/p p为了降低电催化水分解的过电位和缓慢的动力学，制备了NiSesub2/sub-CoP 纳米线多相催化剂用于高效的析氢反应和析氧反应。NiSesub2/sub/CC是通过简单的水热反应和硒化在碳布上实现二硒化镍纳米片的生长，而 CoP/CC也是通过简单的水热反应和磷化获得磷化钴纳米线。这两种催化剂组成了NiSesub2/sub-CoP纳米线/CC，其中NiSesub2/sub作为催化剂的骨架，而CoP在磷化后覆盖在纳米片表面。由于添加了CoP，NiSesub2/sub-CoP/CC表现出HER活性，并且在10 mA cmsup-2/sup的电流密度下展现出111 mV的低过电位、较小的Tafel斜率（53 mV decsup-1 /sup）和优异的循环稳定性。NiSesub2/sub-CoP/CC在碱性电解液中10 mA cmsup-2/sup时的析氧反应过电位为165 mV、Tafel斜率低至55 mV decsup-1/sup，优于CoP和NiSesub2/sub，且稳定性强，。受益于其在碱性电解质中增强的HER和OER活性，将NiSesub2/sub-CoP/CC在碱性电解质中进行了水分解测试。NiSesub2/sub-CoP/CC 在碱性电解液中的电池电压为1.57 V，在16 h的长期耐久性测试后没有显着变化。通过SEM、TEM、XPS和XRD表征分析，在碱性电解质中的HER过程中，NiSesub2/sub-CoP表面观察到NiOHsub2/sub-CoOHF纳米线，它促进了快速传质和气体扩散以保证持续稳定的HER活性。这种性能的增强来源于创造了更多的活性位点和促进了快速的HER和OER动力学的可调结构。