随着化石能源的大量消耗和环境危害的日益加剧,高效清洁的可再生能源获得了人们的广泛关注。其中,氢能因其具有安全无污染的特点,被认为是最有前途的新能源材料之一。电化学分解水技术是一种能够在不污染环境的情况下生产氢的有效方法,它涉及析氢反应(HER)和析氧反应(OER),而催化剂的制备是电解水技术的关键所在。目前,Pt基和Ru/Ir基氧化物催化剂分别是最高效的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)电催化剂。然而,贵金属电催化剂在实际生产中得到广泛的应用需要付出非常高昂的成本代价。因此,制备出廉价又高效的非贵金属电催化剂对于电解水制氢有着非常重要的意义。对此,本论文分别在碳纸和镍网上采用简单实用的沉积方法制备了双层结构的非贵金属催化剂,其纳米多孔的表面、丰富的界面层以及不同过渡金属间的协同作用加快了电荷的传输,提高了电极的催化性能,实现了高效稳定的电解水。本论文开展的主要研究内容如下:(1)Ni氧氢化合物/Fe氧氢化合物双层催化剂的制备及其电催化特性研究。先在碳纸(CP)上电沉积Fe氧氢化合物,然后在其表面滴涂少量含Ni离子溶液,电化学反应后形成Ni氧氢化合物/Fe氧氢化合物双层催化剂结构,简称Ni/Fe/CP。Fe氧氢化合物表面的多孔结构提供了丰富的电催化活性点位,同时Fe离子和Ni离子之间的协同作用提升了催化剂的本征催化活性。在碱性测试液中,Ni/Fe/CP展现出了高效的OER性能,低至223 mV(相对于可逆氢电位)的过电势足以驱动10 mA/cm2的电流密度,且在50mA/cm2的电流密度下有着100小时以上的稳定性。此外,这种富铁催化剂的HER活性在两电极体系下出现了自优化现象,最终,只要1.53 V就可以驱动10 mA/cm2的电流密度。这种双层结构对今后设计廉价、高效和稳定的电催化剂提供了一种新的策略。(2)目前工业上所使用的制氢电催化剂的效率与稳定性均需要提升,基于此,我们通过水浴沉积法在镍网(Ni mesh)上制备了纳米多孔的FeCo氧氢化合物/Ni(OH)2电催化剂,简称为FeCo/Ni(OH)2/Ni mesh电极。在高温强碱的测试环境下(3 M NaOH,90℃),FeCo/Ni(OH)2/Ni mesh电极展现出了极佳的OER催化性能,在10 mA/cm2的电流密度下仅需105 mV的过电势来驱动。同时,为了满足工业化大电流密度下制氢的需求,将制备好的电极放在大电流密度的环境下进行测试,发现达到500 mA/cm2的电流密度仅需要175mV的过电势。随后做了相应的稳定性研究,FeCo/Ni(OH)2/Ni mesh电极在200mA/cm2的电流密度下有着200小时以上的稳定性。在实际工业化高温强碱环境下,以FeCo/Ni(OH)2/Ni mesh作为阴阳极的两电极系统下,驱动100 mA/cm2的电流密度仅需1.76 V的电势,而对应目前工业用的Raney Ni电极当施加的电压达到1.8 V时,电流密度才到110 mA/cm2。最后,通过相同条件下的超声处理,证实FeCo/Ni(OH)2/Nimesh比工业用Raney Ni/Nimesh更加稳定。本研究通过简单的水浴沉积法制备出一种廉价、高效稳定的纳米多孔双功能电催化剂,为替代工业用Raney Ni找到一条可能的途径。