解决能源紧张和环境污染的有效方法之一就是开发高效清洁可再生的能源,也成为研究者研究开发的重中之重,氢能源则是大家公认的清洁新能源,常通过电解水制氢来获得。常见高效催化剂均为贵金属催化剂,增加了产氢的成本,也不利于工业化的生产和应用。在近几年开发的HER催化剂中,过渡金属硫化物已经成为可再生能源应用中无铂电催化剂的非常有希望的候选。由于其自然丰度,低成本和良好的催化性能,钼基、钨基等硫属复合材料已成为水分解的电催化制氢反应(HER)的代表性非贵重材料。本文通过在不同负载基底上设计制备超薄的过渡金属基催化剂来暴露较多的活性位点,与导电性不同的负载材料的协同作用提升催化活性,也避免了利用Nafion粘合剂和导电剂会降低催化剂的能量密度的劣势。因此本文构建了三种过渡金属基复合材料,主要内容如下:(1)首先通过一种简便的水热工艺利用泡沫镍(NF)作为载体合成了新型的垂直二元WS2/WO3纳米级阵列,制备方法便捷且绿色无污染,所制备的材料具有片状和棒状结构。二元WS2/WO3/NF催化剂在氢气析出反应(HER)中显示出优异的电催化活性,Tafel斜率为39.76 mV/dec,起始电位为86 mV,在1.0 M KOH溶液中,在10 mA/cm2的电流密度仅为106 mV的过电位,且该材料在稳定性测试也表现出良好的性能。二元WS2/WO3/NF的框架可以提供更好的分散性,更短的电子转移距离以及WS2/WO3和NF之间的牢固结合,从而可以实现出色的HER活性和稳定性。与报道的基于WS2的电催化剂相比,这种杂化材料在HER中显示出较高的催化活性。(2)其次用浓酸氧化的碳布(oCF)作为基底材料,经过水热合成制备出支撑在oCF上的均匀且高度分散的垂直MoS2纳米片阵列。由于垂直MoS2纳米片的原位生长,能够暴露出较多的HER活性位点,在析氢测试过程中表现出较快的电荷转移速率和超长耐久性。HER的起始电位为129 mV,达到10 mA/cm2电流密度的过电位为155 mV,Tafel斜率为118 m V/dec,且在碱性介质中具有出色的长期稳定性。且证实了oCF上的氧官能团可能有助于垂直生长,也有助于MoS2纳米片更好的分散以及MoS2和oCF之间的牢固结合。CF的氧化处理为制备具有优异HER性能的过渡金属硫化物电催化剂提供了一种简便而新颖的方法。(3)最后使用一种简便的一步合成路线制备新颖的无贵金属HER电催化剂,该复合材料以纤维纸板为基底,超小碳化钼(Mo2C)纳米颗粒在高温下嵌入在富氮碳(NC)纳米层中形成Mo2C@NC/纤维纸板复合材料。另外,Mo2C@NC/纤维纸板杂化材料在碱性条件下表现出较高电催化活性,表现出较小的86 mV的起始过电位。Mo2C和N掺杂剂之间的协同作用在碳纳米层上产生了超活性的非金属催化位点,该位点比Mo2C中的活性更高。通过高温石墨化的纤维纸板,使催化剂的基底材料具有一定的导电性,从而促进催化剂的析氢反应速率和反应效果,起到良好的协同作用。同时,利用纤维纸板可以大大降低复合材料的制备成本,有希望在制氢中得到实际应用。