随着社会的快速发展,全球对能源的需求也与日俱增。不可再生能源的用之将尽也加剧了人们对新能源的开发与利用。寻找稳定且高效的新型能源材料,将对未来可再生能源系统和能源转换过程变为现实至关重要。在众多的清洁能源中,氢能作为新型能源具有高质量比能量密度、含碳量为零和储量丰富等优点,符合人类对未来燃料使用的要求,受到人们越来越多的关注和研究。电催化分解水被认为是最清洁的制氢方法,这种方法不会产生污染物,且生成的氢气纯度高。更重要的是,从电解水中产生的氢气纯度高,可以直接应用在燃料电池上,而不用担心会使燃料电池的阳极催化剂中毒。为了降低水电解系统的复杂性和成本,目前很多研究者开始研究电催化水分解催化剂。钠离子电池作为一种能源存储设备,有希望将来在新能源汽车、智能电网和便携式电动汽车的应用中取代锂离子电池。然而传统的负极材料石墨仅仅只有372 m Ah g-1的理论比容量和较低的能量密度,不能满足人们对高的质量能量密度和体积能量密度的要求。开发新型电极材料,尤其是负极材料则变得尤为重要。生物质材料具有可再生、地球储量多且环保友好等优点,已经被全世界各地的研究者们所注意。海洋生物质材料包括海藻酸、浒苔和卡拉胶等,经过高温碳化可得到具有高比表面积的多孔碳结构。海藻酸中的四个α-L-古罗糖醛酸分子链可以与金属离子交联得到蛋盒结构形成凝胶,而且可以调整金属比例。本文主要研究了通过对海藻酸气凝胶的热处理,制备了具有金属性的Ni3Fe N/还原氧化石墨烯气凝胶(Ni3Fe N/r-GO)和Co9S8@Ni3S2/N,S-碳气凝胶(Co9S8@Ni3S2/NSCA),并对其分别作为全解水催化剂和钠离子电池负极材料的性能做了相关测试。一、通过离子交换过程使用(Ni,Fe)/r-GO藻酸盐水凝胶的前体制造三维(3D)Ni3Fe N纳米颗粒(NP)/还原氧化石墨烯(r-GO)气凝胶电催化剂,随后方便在700℃下在NH3中进行一步氮化处理。所得材料在碱性介质中表现出对OER和HER的优异电催化性能,在10 m A cm-2的电流密度下,仅有小的超电势270 m V和94 m V。良好的性能归因于丰富的活性位点和双金属氮化物的高电导率以及3D r-GO气凝胶框架的高效质量传输。此外,使用Ni3Fe N/r-GO作为阴极和阳极来建立碱性电解槽,其在1.60V下实现10 m A cm-2的电流密度,并且耐水性为100h,用于总体水分解。密度泛函理论(DFT)计算支持Ni3Fe N(111)/r-GO更有利于整体水分解,因为Ni3Fe N的表面电子结构通过两个金属物种的相互作用将电子从Ni3Fe N簇转移到r-GO。因此,目前开发的具有优异的水分解性能的Ni3Fe N/r-GO可能潜在地用作工业碱性水电解槽中使用的材料。二、以海藻酸钠、三聚硫氰酸和还原氧化石墨烯为模板和原料,通过离子交换引入钴和镍制备海藻酸盐水凝胶,冷冻干燥形成气凝胶,通过二次高温热处理后形成Co9S8@Ni3S2/N-S共掺杂碳气凝胶(Co9S8@Ni3S2/NSCA)。作为钠离子电池负极材料进行测试性能。最终的复合材料呈现出优异的电化学性能。Co9S8@Ni3S2/NSCA电流密度为1 A g-1时的可逆比容量达到548 m Ah g-1,100次循环后具有84.6%的优异容量保持率。