随着化石能源的减少和环境污染的加剧,生产清洁燃料和开发低成本,可持续和高效的新能源来替代化石燃料迫在眉睫。电解水析氢反应(HER)在制取氢气中起着至关重要的作用。同时,加氢脱硫(HDS)技术是从石油和石油产品中去除硫的最有效和广泛使用的技术。近年来,过渡金属催化剂尤其是钴基催化剂,由于具有催化性能好,储量丰富,价格低廉等特点而受到广泛关注。本文主要研究以ZIF-67作为钴源分别进行Mo和Fe掺杂后,催化剂的形貌效应和组成效应对HER和HDS活性的影响。同时还探讨了 HER和HDS催化反应之间的关系。具体研究内容如下:一、以ZIF-67为钴源,在合成过程中引入Mo元素,通过溶解热法得到MoS2-Co3S4空心多面体结构。空心多面体结构使催化剂具有较大的比表面积,可以暴露更多的活性位点,提高催化性能。与纯MoS2,Co3S4和共沉淀法制备的MoS2-Co3S4-coprecipitation纳米颗粒相比,MoS2-Co3S4空心多面体由于形貌作用以及Co3S4和MoS2的协同作用具有更优异的HER和HDS催化活性。此外,DFT计算研究了 MoS2和Co-Mo-S结构分别对HER和HDS所需的活化能。结果表明Co-Mo-S结构上C-S键断裂和生成H2所需的活化能均明显低于MoS2结构。理论上证明了 MoS2-Co3S4空心多面体具有优异的催化性能且对于硫化物,HER和HDS催化活性具有一致性。二、在ZIF-67合成过程中引入碳材料和Fe元素,利用溶剂热法得到金属羟基化合物,再通过次磷酸钠进行磷化制得纳米片FeCoP/C。不同碳材料在合成过程中可诱导生成不同形貌的催化剂,同时增强了催化剂的导电性。结果证明当碳材料为Cabot时可以更大提高材料的催化活性。与纯FeP/C和CoP/C催化材料相比,FeCoP/C由于组成效应具有更优异的HER催化性能。但HDS评价结果与之不同,CoP/C材料具有最好的催化性能。通过DFT分别计算了 CoP、FeP和FeCoP对HER和HDS所需活化能。FeCoP结构上H2生成所需的活化能明显低于CoP和FeP结构。但FeCoP上C-S键断裂所需的活化能高于CoP,低于FeP。因此,理论上证明FeCoP/C具有更好的HER催化性能而CoP/C具有更好的HDS催化性能,且对于磷化物,HER和HDS催化性能不一致。