電解水制氫電解材料
目前地沮，應(yīng)用于催化制氫的電極材料主要有過(guò)渡金屬氧化物及其化合物嗜浮，如磷氧化物及含硫化合物等（Ni2P、FeP摩疑、MoS2）危融；還有金屬合金材料，如鎳的二元雷袋、三元合金（Ni-Mo吉殃、Ni-Mo-Ge）；還有碳基底復(fù)合材料楷怒，如一維材料碳納米管和二維平面材料氧化石墨烯等蛋勺。科學(xué)家們采用物理和化學(xué)方法對(duì)電極材料進(jìn)行復(fù)合和改性鸠删，在理論研究和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用中逐步提高電極材料的活性位點(diǎn)抱完，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模電解水制氫提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和可靠的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
1金屬鎳及其合金催化劑
鎳及鎳的二元刃泡、三元合金因具有較低的析氫電位巧娱，故在電解水制氫領(lǐng)域具有較高的研究和應(yīng)用價(jià)值碉怔。目前，工業(yè)電解水制氫過(guò)程中應(yīng)用較為廣泛的電極材料是鎳合金禁添，尤其是Ni-Mo和Ni-Co合金撮胧。
隨著對(duì)陰極材料的不斷開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，Ni-Co-P老翘、Ni-Mo-Ge芹啥、Ni-Co-Si-B等三元、四元合金逐漸受到人們的關(guān)注酪捡。胡偉康課題組用非靜態(tài)Ni-Fe-Mo三元合金制備的陰極電極材料叁征，在200mA/cm2堿性KOH溶液中，其析氫電位僅為90mV逛薇，具有較高的催化活性捺疼。另外，研究者發(fā)現(xiàn)永罚，在電極材料中添加P啤呼、S等非金屬元素，可以有效提高鎳合金的電催化活性呢袱。研究者用電鍍液NiSO4-CS（NH2）2制備的新型陰極材料Ni-S（N）官扣，當(dāng)電流密度達(dá)到2000mA/cm2時(shí)，其析氫電位下降了160mV羞福。研究發(fā)現(xiàn)惕蹄，其N(xiāo)i-S層的金相結(jié)構(gòu)及含硫量在其析氫電位下降中起重要的作用。該陰極材料具有更小的槽電壓治专，顯示出了較高的催化穩(wěn)定性卖陵。由此可見(jiàn)，鎳及鎳的多元合金的研究與應(yīng)用张峰，對(duì)制備具有高催化活性泪蔫、多元復(fù)合的陰極析氫電極材料來(lái)說(shuō)非常重要，鎳及鎳的多元合金的應(yīng)用是一個(gè)趨勢(shì)喘批。
2過(guò)渡金屬磷化物撩荣、硫化物
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的過(guò)渡金屬磷化物具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能饶深，它兼具金屬和陶瓷的特性餐曹，在不同條件下能生成各向同性的化合物。它具有優(yōu)異的催化性能敌厘，在催化領(lǐng)域具有廣泛的用途台猴。采用水熱法及電沉積法制備的Ni2P、CoP、Fe2P等化合物卿吐，均可以作為高效的制氫電極材料來(lái)使用。2017年锋华，石曉崗等科研工作者采用化學(xué)氣相沉淀法制備出了CoP/CNTs納米復(fù)合材料嗡官，并詳細(xì)考察了該材料在酸性溶液中的電催化制氫性能。結(jié)果表明毯焕，該復(fù)合材料的電位發(fā)生了明顯的改變衍腥，并且該材料顯示出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性[3]。孫旭平課題組通過(guò)水熱的方法纳猫，以鈦板為基底婆咸，成功制備出了FeOOH納米線。接著芜辕，經(jīng)過(guò)低溫磷化反應(yīng)尚骄，研究者又成功地將納米線轉(zhuǎn)化成FeP。該材料顯示出了極高的催化活性和穩(wěn)定性侵续，當(dāng)電流密度為10mA/cm2時(shí)倔丈，其過(guò)電位僅為55mV。由于磷化物在酸性條件下可以穩(wěn)定存在状蜗，因此磷化物這一電極材料大多應(yīng)用于在酸性溶液中電解制氫[4]需五。
目前，具有二維結(jié)構(gòu)的金屬硫化合物轧坎，如MoS2宏邮、WS2、TiS2等缸血，在電催化等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注蜜氨。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)溶劑熱属百、化學(xué)剝離记劝、機(jī)械剝離等方法，均可提高該類(lèi)電極材料的催化活性位點(diǎn)族扰。
3碳基復(fù)合電極材料
近年來(lái)厌丑，具有二維平面結(jié)構(gòu)的石墨烯在催化領(lǐng)域的應(yīng)用成為人們研究的熱點(diǎn)。由于二維材料具有較大的比表面積及更多的反應(yīng)位點(diǎn)渔呵，在制備高催化活性電極材料方面具有優(yōu)勢(shì)怒竿，因此人們將金屬氧化物、硫化物負(fù)載在石墨烯的結(jié)構(gòu)中扩氢，來(lái)為獲得高性能的催化材料開(kāi)辟空間耕驰。代紅艷課題組以鉬酸銨和氧化石墨烯為原料，利用水熱合成的方法录豺，成功地將MoS2植入二維結(jié)構(gòu)的石墨烯中朦肘，制備出了具有三維層狀結(jié)構(gòu)的石墨烯復(fù)合材料MoS2/Gr饭弓。結(jié)果表明，該三維復(fù)合材料擁有更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)媒抠，并呈現(xiàn)出極強(qiáng)的析氫能力和良好的循環(huán)穩(wěn)定性弟断。另外，碳納米管趴生、碳布及多孔碳等材料也逐漸被當(dāng)作析氫電極材料的基底而利用起來(lái)阀趴。研究者通過(guò)引入不同的過(guò)渡金屬化合物，來(lái)提高復(fù)合材料的催化活性位點(diǎn)苍匆。
Mao等人以石墨烯為基底刘急，制備出了負(fù)載MoSe2納米片的三維復(fù)合材料，其過(guò)電位僅為159mV浸踩，顯現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能[6]叔汁。MXenes作為一種新型二維平面材料，2011年被報(bào)道出來(lái)民轴，因其具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)攻柠，故引起人們的關(guān)注。據(jù)理論計(jì)算與預(yù)測(cè)后裸，引入不同種類(lèi)和濃度的金屬元素的MXenes瑰钮，能夠提供較高的析氫反應(yīng)活性位點(diǎn)，能夠應(yīng)用于電催化制氫領(lǐng)域微驶。
為了提升電解水制氫的效率浪谴，研究者利用不同方法和材料開(kāi)發(fā)出了許多高效、穩(wěn)定因苹、廉價(jià)的復(fù)合電極材料苟耻，在大規(guī)模應(yīng)用方面取得了很大進(jìn)展和很多突破。實(shí)現(xiàn)大規(guī)模扶檐、高效凶杖、快速制氫不僅和電極材料有關(guān)，而且與電解設(shè)備等其他因素也有很大關(guān)系款筑。面向催化制氫領(lǐng)域智蝠，研究和開(kāi)發(fā)高效、穩(wěn)定奈梳、廉價(jià)的復(fù)合電極材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義杈湾。
