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全球能源危机和环境问题要求我们减少对天然气、石油和煤碳等传统化石燃料的依赖以及减少二氧化碳的排放量。科研工作者们致力于寻求地球上丰富的可代替能源和设计合成高效的电化学转换装置,例如燃料电池、金属-空气电池和水分解。电催化水分解是存储可再生能源最具有吸引力的技术之一,它可以将间歇性的可再生能源(例如太阳能和风能)中隐藏的电能转换为能持续产生的清洁能源-氢气。析氧反应(OER),即水氧化反应,在燃料电池、可充电金属-空气电池和水分解系统中起着举足轻重的作用。目前,二氧化钌(RuO2)/二氧化铱(IrO2)贵金属电催化剂在各种电解质中均表现理想的析氧反应电催化性能,然而RuO2/IrO2这些贵金属电催化剂的高价和稀缺性极大阻碍了它们的商业和大规模的应用。由此,开发具有稳定高效、储量丰富、价格廉价等优点,并且更重要的是能在低过电势(η)下运行的析氧反应电催化剂已经成为实现高效廉价的氢气(H2)的工业化生产的热点。本论文通过水热法合成了两种不同类型的二维水滑石(LDHs)/三维普鲁士蓝类似物(PBAs)复合材料为前驱体。经过硫化处理,成功制备了过渡金属硫化物复合材料(微米花状NC/CoS2@Fe-CoS2复合物、绣球花状NC/FeS2@Fe-NiS2复合物),并对这些复合物的形貌、结构、组成等进行了表征,进一步地将这些过渡金属硫化物复合材料用作OER电催化剂进行电化学性能测试。本论文的主要内容如下:(1)微米花状NC/CoS2@Fe-CoS2复合物的设计合成及其析氧反应电催化性能研究通过简单的水热方法合成了微米花状间氨基苯磺酸阴离子插层的氢氧化钴类水滑石前驱体(metanilate-Co(OH)2),再次利用水热合成过程在微米花片表面修饰大小一致分布均匀的钴铁类普鲁士蓝纳米立方体(CoFe PBA),获得微米花状 metanilate-Co(OH)2@CoFe PBA复合前驱体;最后经过硫化处理后,得到了 NC/CoS2@Fe-CoS2复合物。NC/CoS2@Fe-CoS2复合物很好地保持了其微米花状形貌及锚定在花片上的纳米立方体形貌。电催化测试结果表明该微米花状NC/CoS2@Fe-CoS2复合物催化剂具有优良的析氧反应电催化活性和长期稳定性,电流密度为10 mAcm2对应的过电势为300mV,电流密度为20 mA cm-2对应的过电势为330 mV,显著优于对照样NC/CoS2、NC/Fe-CoS2、CoS2。研究还发现,在析氧反应过程中NC/CoS2@Fe-CoS2被部分氧化为CoFeOOH/CoFeOH,最终形成NC/CoS2@Fe-CoS2@CoFeOOH/CoFeOH 异 质 结,其 中CoFeOOH/CoFeOH层可用作为析氧反应的电催化活性位点,剩余的NC/CoS2@Fe-CoS2利用其金属性质则作为导电通道便于电子的快速转移,从而提高催化剂的析氧反应电催化活性和持久稳定性。考虑到在调节LDHs层板阳离子以及改变普鲁士蓝类似物类型方面的巨大的灵活性,基于LDHs/PBAs前驱体的设计合成策略可以很容易地扩展到制备其它种类元素二维纳米材料和三维纳米材料相结合的金属硫化物、硒化物、磷化物和氮化物等环境和能源相关材料。(2)绣球花状NC/FeS2@Fe-NiS2复合物的设计合成及其析氧反应电催化性能研究采用水热合成方法制备出大小均匀的普鲁士蓝纳米立方体(PB);再次利用水热过程在纳米立方体表面垂直生长NiFe-LDH纳米片,得到PB@NiFe-LDH核-壳结构复合前驱体;最后经过硫化处理得到了 NC/FeS2@Fe-NiS2复合物。SEM表征结果表明得到的金属硫化物仍然保持了原绣球花状核-壳形貌。该绣球花状NC/FeS2@Fe-NiS2复合物作为析氧反应的电催化剂显示出优异的催化活性和持久稳定性,即达到20 mA cm-2电流密度所需的过电势仅为260 mV,Tafel斜率为49 mv dec-1,明显优于其对照样Fe-NiS2、NC/FeS2和商业化的二氧化铱。研究还发现,在析氧反应过程中NC/FeS2@Fe-NiS2复合物被部分氧化为NiFeOOH/NiFeOH,最终形成了 NC/FeS2@Fe-NiS2@NiFeOOH/NiFeOH 异 质 结,其 中NiFeOOH/NiFeOH层可以作为析氧反应的催化活性中心,剩余的NC/FeS2@Fe-NiS2则利用其金属性充当导电通道便于电子的快速转移,从而显著提高了析氧反应催化剂的催化活性和长期的持久稳定性。鉴于LDHs和PBAs的形貌和金属离子种类可调的特点,因此这种简便且经济高效的设计合成方法可很容易拓展到制备其他PBAs和LDHs相结合、高效稳定、具有多级结构的电化学能量转换电极材料。