全球经济的迅速发展给我们带来众多便利的同时也产生一系列问题,如全球能源紧缺和环境污染等。在众多新开发的新能源中氢能作为一种能量密度高、环保无污染、零碳排放的能源有望成为未来化石能源的替代品。电解水析氢(Hydrogen evolution reaction,HER)技术利用可再生的电能驱动把水分解为氢气和氧气,是目前实现可持续高效的最有效的方法。目前电催化析氢性能最好的材料是Pt等贵金属催化剂,但是这些贵金属因为稀有的储量和高的成本限制其大规模的工业化生产。因此需要大力开发低成本、高效非贵金属催化剂满足’氢经济’的需求。一系列的非贵金属如金属合金、金属磷化物、金属碳化物、金属硫化物等作为析氢催化剂被研究开发出来,这些非贵金属催化剂种类繁多、元素含量丰富,在电解水方面有很好的应用前景,但是与贵金属相比,他们的催化能力有限、稳定性差。针对当前研究存在的问题,我们通过提高催化剂本征活性和增加活性位点,设计合成出高活性和高稳定的HER催化剂。主要包括:(1)三维NiSe/1 T-MoSe2异质纳米结构的构筑与电催化性能研究晶体相调控过程是合成高活性1T相MX2催化剂的重要方法。本研究采用水热合成法在泡沫镍基底上生长出三维的NiSe的纳米线,随后在NiSe纳米线表面原位诱导生长高催化活性1 T-MoSe2纳米片结构,构成了 NiSe/1T-MoSe2异质结纳米催化剂。通过电化学测试证明NiSe/1T-MoSe2异质结构不仅提高了活性面积、暴露出更多的活性位点,而且解决了目前高催化活性1T相MoSe2不稳定极易转化成低活性2H相MoSe2的问题。我们通过Raman,XPS,球差电镜等表征技术,证明了在NiSe的纳米线表面外延生长出1T-MoSe2,这得益于NiSe结构中Ni原子的电子可以转移到MoSe2的Mo原子轨道中,从而诱导产生1T相MoSe2。1T-MoSe2具有高的亲水率和导电性与具有能够促进水解离的NiSe复合形成NiSe/1T-MoSe2异质纳米结构具有优异的HER性能,在50 mA cm-2的电流密度下过电位仅为200 mV,析氢动力学塔菲尔斜率仅为86 mV dec-1,优于其他已报道的MoSe2基催化剂。除此之外该材料还具有良好的稳定性,在50 mA C1m-2的电流密度下连续产氢10小时依然可以保持稳定。(2)Fe/P共掺杂的CoS2三维纳米线结构的可控构筑与电催化性能研究CoS2因其较好的析氢活性有望成为贵金属析氢催化剂的替代品,但是它的活性和稳定性难以适用于工业化生产。本论文通过水热合成法在碳布表面合成CoFe前驱体纳米线,以硫粉作为硫源,通过气相硫化形成Fe掺杂的CoS2(Fe-CoS2),最后以次亚磷酸钠为磷源气相磷化合成Fe和P共掺杂的CoS2(Fe/P-CoS2)纳米线阵列。通过XRD和SEM研究证明Fe和P掺杂不改变CoS2三维纳米线结构,但是Fe掺杂可以增加活性位点数量有利于催化活性的提高,P掺杂不仅提高活性位点本征活性,而且通过消除Co的反键轨道增加CoS2的稳定性,而且Fe/P双掺杂能够协同促进内源性活性,增加可达活性位点,在保持极大增强耐久性的同时,进一步增强HER活性。这种双掺杂的CoS2的体系具有优异的催化活性,在10mA cm-2的电流密度下过电位仅为80 mV,良好的析氢动力学——塔菲尔斜率仅为56 mV dec-1,并且具有良好的稳定性——在10 mA cm-2的电流密度下进行10小时的析氢反应仍然能够保持稳定性。