大量化石燃料的消耗产生了严重的能源紧缺和环境污染问题,寻找替代传统化石燃料的可持续清洁能源至关重要。氢气(H2)被认为是最有希望取代化石燃料的清洁高效的能源之一,电解水制备氢气是一种有效制备高纯氢气的方法,但电催化剂活性是制约电解水析氢反应(HER)效率的关键。电催化活性较高的贵金属铂(Pt)的高价格和低储量限制了其大规模应用。存量丰富、低成本的过渡金属硫化物在非贵金属电催化剂领域中得到研究者们的广泛关注。其中,MoS2具有特殊的电子结构,以及MoS2边缘的活性位点对氢的吸附和脱附性能接近Pt,被认为是潜在的高活性非贵金属电催化剂。由于MoS2具有较差的电荷转移性能,所以单一物相的MoS2的电催化析氢效率不高。本论文通过在纯相的MoS2中引入钴(Co)元素形成硫化钴(CoS2)-硫化钼(MoS2)复合结构,以及引入镍(Ni)元素形成镍掺硫化钼微结构,实现了 MoS2电解水析氢催化性能的有效提升。本论文中主要研究内容如下:(1)首次利用水热法和热烧结法设计合成了 CoS2-MoS2异质结构空心微球,并研究其碱性环境下的析氢反应(HER)的电催化活性。研究发现界面协同效应和电子转移效应在MoS2和CoS2的界面处同时存在,CoS2-MoS2异质结构中CoS2边的活性位加速了水的解离动力学,而电子结构被调整的MoS2边的后续产氢过程也得到了加速。与单一成分的MoS2或者CoS2相比,CoS2-MoS2异质结构的上述优点赋予其碱性溶液中显著增强的HER电催化性能:在1MKOH溶液中,CoS2-MoS2异质结构空心微球仅需130mV过电位就实现了电流密度为10mA/cm2,远低于单一组分的MoS2(310mV)和CoS2(327mV)。这种合成兼具界面电子效应和电子转移效应的异质结构电催化剂的策略,为研究人员开发碱性环境中高催化活性的非贵金属电催化剂提供了 一定的指导。(2)利用水热法将不同含量的Ni元素有效掺杂到MoS2纳米片中,改变镍元素的掺杂比例得到最佳HER电催化活性的Ni掺MoS2纳米片:在1M KOH溶液中,Ni-MoS2仅需150mV过电位就实现了电流密度为10mA/cm2,远低于纯相MoS2的过电位(310mV)。我们推测在MoS2中引入的Ni活性位点可以降低初始水分解步骤中的动力学能量壁垒,从而加快Ni-MoS2的氢气产生速率,有效提升Ni-MoS2的碱性环境下的HER电催化活性。此外,合成的Ni-MoS2纳米片包含金属相(1T相)MoS2成分,1T相MoS2的存在也是Ni-MoS2纳米片高效电催化活性的原因之一。