电解水制氢是未来清洁生产氢能的可能途径。过渡金属磷化物纳米材料在电解水中作为阴极氢气析出催化剂具有优异的催化活性,而空心结构的纳米材料有望进一步提升其催化活性。本论文围绕空心铁基磷化物纳米材料的合成、表征及其氢气析出电催化性能展开研究,具体内容如下:第一部分选用氧化铁纳米颗粒作为空心磷化铁纳米材料的前驱体。通过选择具有不同沸点的溶剂调控合成温度制备出了不同粒径大小且均一的氧化铁纳米颗粒,通过离子交换的方法制备空心磷化铁纳米材料。我们研究了磷化条件(即磷化温度与磷化升温速率)对空心磷化铁纳米材料形貌和相态的影响。经过电化学测试之后,发现所得空心磷化物纳米颗粒的活性与尺寸呈火山型关系,尺寸过小时空心结构难以利用,尺寸过大时材料比表面积减小,均不利于析氢反应的进行。平均粒径为9.1 nm,磷化温度为350℃,磷化升温速率为20℃/min的磷化升温速率制备出的空心磷化铁纳米材料催化剂拥有很高的HER活性,其驱动10 mA/cm2的析氢电流密度所需的过电势仅为125 mV。第二部分我们沿用之前的研究结果,以MFe204(M=Mn,Fe,Co,Cu)型反尖晶石型结构的纳米颗粒为中间体,仅以简单的两步就合成出了铁基空心双过渡金属磷化物纳米材料。我们发现铁基双金属磷化物的析氢活性与第二种金属的原子序数呈火山型关系。Co-Fe-P/C是其中HER活性最高的催化剂,当负载量为0.2 mg·cm-2时,其驱动10 mA/cm2的电流密度所需的过电势仅为97mV,其对应的Tafel斜率值为55 mV·dec-1。结果表明高电负性阳离子的掺入通过可能的电子调制效应稳定了表面FeP活性中心,进而使催化剂表现出高HER活性和高稳定性。