随着化石能源的日益枯竭以及环境的持续恶化,人们迫切地希望寻找到一种清洁、可再生的能源。氢气作为一种高能量密度、清洁、可持续利用的能量载体,是未来最有潜力的能源,成为了当前人们研究的热点。电解水制氢是一种将水分解获得氢气的高效且清洁的方式。其原料是水,制氢过程中不会产生污染或有害物质,析氢高效且产出的氢气纯度高。然而这一过程需要较大的过电位,导致能耗较大,限制了进一步的工业应用。因此我们需要一种可以降低析氢过电位的催化剂来降低能耗。贵金属(如Pt,Ru,Ir和Pd)及其合金被认为是目前最高效的水分解催化剂。然而,这些贵金属成本高、储最少,制约了其在工业上的大规模应用。因此,开发同样具有高活性和高稳定性的非贵金属电催化剂迫在眉睫。过渡金属磷化物导电性好、催化活性高且制备简单。除此之外,过渡金属储量丰富且价格低廉,因此近年来过渡金属磷化物在电解水制氢领域受到了广泛的关注。铁元素是目前地球上最廉价且储量十分丰富的过渡金属,而钉元素的其价格仅为铂的4%,因此在商业化方面极具潜力。本文主要研究了铁基磷化物纳米材料催化剂的制备及其析氢催化性能,通过调节材料的结构形貌、元素比例以及磷化条件来优化催化剂材料的析氢性能。苜先我们使用软模板法制备了磷酸盐(即Fe2P207)掺杂的超薄FeP纳米片(FeP-I NS),其厚度约为0.7nm,并在酸性介质中研究了其电催化析氢(HER)性能。这种超薄的FeP-I NS具有较大的比表而积且催化性能要优于厚度更高的3-4 nm的FeP NS以及许多以前报道的FeP纳米结构。在酸性条件下,在电流密度为10 mA cm-2时过电位(物)仅为95 mV,Tafel斜率为44 mV dec-1,并且在酸性介质中具有良好的稳定性。此外,密度泛函理论(DFT)计算表明,掺杂耐酸的Fe2P207不仅降低了材料的氢吸附吉布斯自由能(ΔGH*),而且改善了催化剂的表面电子性质,从而提高了催化剂在酸性介质中的催化活性和稳定性。为了进一步提高材料的催化活性,我们通过引入钌(Ru)元素,采用同样的方法制备了Fe-Ru超薄纳米片,并进一步磷化制备得到铁钌磷纳米复合材料,其中钌作为主要的活性位点,铁作为结构框架。同时研究了不同铁钌比例的铁钌磷复合纳米材料的形貌特征及其作为HER催化剂的催化性能。研究结果显示,Fe0.3Ru0.7-P展现最优的析氢催化性能,在酸性条件下,电流密度为10 mA·cm-2时的过电位仅为31 mV,Tafel 斜率为 37.98 mV·dec-1,与商业的 Pt/C 非常接近。同时,Fe0.3Ru0.7-P经2000次循环伏安扫描后,η10仅下降8 mV,说明在酸性条件下也具有良好的稳定性。