氢气作为高效的二级能源载体,在氢冶金中可充当主要的还原剂和能量来源,是冶金绿色发展和“氢经济”的重要支柱;而电解水制氢可以利用电能作为分解水的动力,是当前能源体系中最有前景的氢气绿色制备技术之一。然而,优良的析氢反应(HER)催化电极——金属Pt,自然资源匮乏,价格昂贵,极大地限制了传统电解工艺的发展;而储量丰富的过渡金属催化电极,如用Ni,Fe等导电金属时,往往需要较高的过电位,致使产氢效率低、电能损耗大,使该技术应用范围受到了严重限制。此外,研究表明,由于反应路径不同,贵金属Pt在碱性电解液中催化HER时其反应动力学比在酸性电解液中慢至少两个数量级。本论文基于酸碱性介质中HER路径不同,设计了三种杂化催化剂用以推动整体HER的进行;所得双位点催化剂均展现出优于单一位点催化剂的析氢催化效果,证明了双位点设计的有效性,为工业催化剂的合理设计和应用提供了实验上和理论上的参考依据;杂化材料的设计和制备方法也将对电催化、超级电容器、金属—空气电池等电极材料的研究起到借鉴意义。本研究具体内容如下:(1)采用水热法在泡沫镍基底上制备了NiRu-LDH纳米薄膜,在用于析氧反应10 h后,发现其Ru物相发生一定程度地浸出,其转变为低结晶度的NiRu-OH,而这种低结晶度的Ni Ru-OH采用电化学的方法沉积Pt时,Pt的沉积速率是其他对比材料的数倍,经过材料表征认为Pt在Ni Ru-OH上以单原子形式分布,且与O或OH以共价键连接。所得杂化材料(Pt/Ni Ru-OH)在用作HER催化剂时,在碱性环境中10 mA cm-2电流密度下仅需要39 mV过电位。优异的性能可能来源于Pt活性位点和NiRu-OH活性位点两者的协同作用。(2)采用一步水热法将Ru团簇引入NiCo-LDH中,得到的杂化催化剂Ru-NiCo-LDH纳米薄膜用于碱性电解质中的HER。受益于Ni Co-LDH活性位点促进水的解离,Ru活性位点增强H的吸附,该杂化催化剂在碱性环境中催化HER时仅需要28 mV便可驱动10 mA cm-2的电流密度,且塔菲尔斜率只有42 mV dec-1。优异的性能来源于材料本身快速的电荷转移能力和合理的设计。此外,我们还发现原始材料中氧化态的Ru物相在HER后全部转化为金属态的Ru,进一步表明金属态的Ru更可能是H中间体吸附的活性位点。(3)针对在催化HER时MoS2基平面活性位点不足的问题,采用电化学的方法在水热制备的Mo S2纳米片表面沉积了Pt纳米颗粒并探讨了沉积的最佳条件。所得杂化催化剂(Pt-Mo S2)在酸性介质中相对于单一物相(MoS2和Pt颗粒)表现出更强的催化活性,在10 mA cm-2电流密度下需要87 mV的过电位。增强的催化性能应归因于杂化材料增加的活性位点数量和Mo S2增强的固有催化活性。