探索氢能：高效经济可再生的绿色能源，解决能源消耗与环境污染问题

探索氢能：高效经济可再生的绿色能源，解决能源消耗与环境污染问题

能源消耗是制约世界发展的瓶颈问题，随着传统化石燃料的枯竭，能源短缺和全球环境污染问题日益严重。为了缓解此类问题，发展高效、经济、可再生的绿色能源迫在眉睫。氢能具有能源转化效率高、清洁可再生、零碳排放等优势，被视为一种新型高效能源载体（其中碱性条件下的电催化水分解被认为是最有希望实现工业化应用的方式之一）。水分解包括两个半反应，即发生在阳极的析氧反应（OER）和发生在阴极的析氢反应（HER）。目前，最高效的HER和OER催化剂分别是铂基材料和铱和钌贵金属氧化物，但这些材料价格昂贵、储量稀少、稳定性差，严重限制了其大规模商业应用。 因此寻找和制备无污染、低成本、稳定高效的非贵金属基材料成为电催化水分解领域的重要研究方向。其中钴、镍基非贵金属材料不仅价格低廉、储量丰富，而且在水分解中表现出优异的性能，展现出巨大的商业应用前景。因此本论文设计合成了新型钴、镍基微纳材料，大大提高了其HER和OER性能，最终得到了一系列性能优异的电极材料。具体内容如下：（1）首先利用简单的水热技术在三维多孔泡沫镍基底上垂直生长交错二维/Ni(OH)_2复合纳米片，然后在H_2/Ar混合气氛中热还原，得到多孔MoNi合金纳米片结构（Mo-Ni-NSs）。

电化学研究表明该材料表现出优异的HER性能，在1.0 M KOH电解液中，Mo-Ni-NSs-3仅需91 mV的过电位即可达到10 mA/cm~2的电流密度，其Tafel斜率低至62 mV/dec，其催化活性可维持50小时而无明显衰减，优于迄今为止报道的大多数非贵金属催化材料。（2）以高导电三维泡沫镍为基底，采用温和的一步水热法生长出致密有序的镍钼纳米线前驱体阵列，然后在H_2/Ar混合气体中热还原得到具有高催化活性的MoNi合金。随后，通过简便的恒电位沉积法得到了由Ni(OH)_2超薄纳米片改性的镍钼纳米线复合材料（NiMo/Ni(OH)_2），并将所得材料应用于电催化析氢领域。 在1.0 M KOH电解液中，合成的NiMo/Ni-10在电流密度为10 mA/cm~2时HER过​​电位仅为10 mV，其Tafel斜率低至71 mV/dec，其催化活性可维持至少100 h。（3）采用温和的一步溶剂热法制备了具有非晶态核壳结构的羟基碳酸盐微球（/CoMo），并将非晶态材料应用于电催化析氧反应。实验结果表明，制备的非晶态Fe_（0.25）-材料的价带位置接近OER的平衡电位（1.23V），使OER能在较低的过电位下进行。 非晶态的Fe_(0.25)-核壳结构仅需要263mV的OER过电位就能达到10mA/cm~2的电流密度，其Tafel斜率低至56mV/dec，表现出良好的稳定性。