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开发具有析氧反应(OER)和析氢反应(HER)高催化性能且廉价的电催化剂是电解水制氢将面临的巨大挑战。相比之下,尿素电解提供了节能H2生产的前景以及富含尿素的废水净化,但缺乏廉价且高效的尿素氧化反应(UOR)电催化剂限制了该技术的发展。据报道,在强氧化条件下,过渡金属(氮,磷,硫)的表面被氧化成氧化物或氢氧化物。因此,OER的实际反应位点应为表面金属氧化物/氢氧化物。基于此,本论文设计了三种过渡金属氧化物或氢氧化物催化剂在碱性条件下的制氢应用。主要工作如下:(1)我们通过水热法和化学浴沉积工艺在三维泡沫镍上生长FeOOH/CoO核-壳纳米线。利用扫描线性伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)、电化学交流阻抗法(EIS)和时间-电流法(I-T)等电化学表征手段对催化剂进行水分解性能考察。通过表征可知,5-FeOOH/CoO/NF催化剂与良好的电子转移基质的组合在碱性电解质中表现出优异的OER和HER电催化活性和长期耐久性。对于OER和HER,5-FeOOH/CoO/NF催化剂在10 mA Cm-2电流密度下分别需要256 mV和89 mV的低过电位。使用5-FeOOH/CoO/NF可作为双功能催化剂可用于有效且稳定的总体水分解,其中电池电压在10 mA Cm-2下仅为1.578 V。(2)以六水合硝酸钻(Co(N03)2·6H20)、六水合氯化铁(FeC13·6H20)和尿素(CO(NH2)2)为原料,通过简便水热法策略成功地制备具有三维纳米片结构NiCoFe-LDH/NF催化剂。通过形貌组成表征技术(例如:SEM、EDX、XRD、XPS、TEM和FT-IR等)对催化剂进行测试及分析;而且采用扫LSV、CV、EIS和P-T等电化学技术探究了过渡金属钴的微量掺杂对催化剂催化性能的影响。结果表明,得到的3D自支撑催化剂在碱性介质中表现出优异的OER活性和优异的HER性能。对于OER反应,NiCoFe-LDH/NF催化剂在10 mA cm-2电流密度下的过电位和Tafel斜率分别为208 mV和48.41 mV·dec-1。对于HER反应,催化剂达到10 mA cm-2的电流密度所需的过电位和Tafel斜率分别为113 mV和114.5 mV·dec-1。此外,使用NiCoFe-LDH/NF催化剂可作为HER和OER催化剂可用于有效且稳定的总体水分解,其中电池电压在10 mA cm-2下仅为1.570 V。(3)以六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H20)和四水合钥酸铵((NH4)6Mo7O24·4H20)为原料,采用水热法制备生长在泡沫镍上的棒状NiMo04前驱体,在N2气氛中以不同温度(200℃~500℃)退火得到一系列NiMo04-x/NF催化剂。采用电化学表征手段对NiMo04-x/NF催化剂进行析氢析氧催化性能测试,而且还研究了催化剂对尿素氧化(UOR)性能的影响。结果表明,对于HER反应,NiMoO4-200/NF催化剂达到10 mmmA Cm-2的电流密度所需的过电位和Tafel斜率分别为68 mV和91·33 mV·dec-1。对于OER反应,催化加在50 mmmA cm-2电流密度下的过电位和Tafel斜率为288 mV和161.01 mV·dec-1.。此外,棒状NiMoO4-300/NF催化剂能够实现高效的UOR电催化,在10 mA cm-2下具有1.359 V的超低电位。我们使用UOR和HER催化剂作为阳极和阴极组装电解池可以在仅1.380 V的电池电压下提供10 mA cm-2的电流密度。