化石燃料的日益消耗及对环境的污染,使研究人员更加迫切地寻求高效、清洁的可再生能源。电催化水分解在缓解能源短缺和环境污染方面具有非常好的应用前景,已经引起了全世界的关注。电催化过程需要消耗能量驱动反应,HER的电子转移动力学比较简单,OER涉及比较复杂的多步骤电子转移动力学,动力学缓慢,比较复杂,且耗能更高。因此,就需要合适的电催化剂有效地催化电化学发生,达到低的过电位对应高的电流密度的目的。而尽管有极少数的性能优异的催化剂,但是由于原料的高成本和低的电化学稳定性不利于其在工业上的发展。其中非贵金属催化剂作为铂、铱、钌基等催化剂有希望的替代品,已被发现有很好的催化活性和稳定性,并被广泛研究。本文旨在通过简单的合成方式(如固相合成法、电弧熔融法)制备价格低廉的镍基催化剂材料来提高电催化水分解催化剂性能,具体包含以下三部分:1、以Ni、Sn为原料,通过简单的固相合成法合成Ni-Sn化合物。样品的结构和形态通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子谱(XPS)等进行表征。通过电化学测试详细的研究催化剂的催化活性,包括线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)、计时电流法(CA)、电化学阻抗法(EIS)等。研究结果表明,在碱性溶液中(1 M KOH),Ni3Sn需要304 mV的过电位来驱动10 mA/cm2的电流密度,这低于Ni3Sn2和Ni3n4催化剂,在OER反应过程中,样品表面有羟基氧化镍的转变,本体结构保持稳定,催化剂连续运行12 h后仍能保持稳定的电流密度;在酸性溶液中(1 M H2SO4),Ni3Sn化合物也展现出不错的OER催化性能。总之,无论在碱性溶液还是酸性溶液中,Ni3Sn都表现出了良好的析氧反应性能,催化剂性能随着Ni/Sn摩尔比的变化有所不同。在1M KOH和1 M H2SO4溶液中,催化活性顺序均为:Ni3Sn>Ni3Sn2>Ni3Sn4。2、以Ni、Fe、Sn为原料,通过固相合成法以Ni3Sn2为基础合成同为六方晶系的Ni-Fe-Sn化合物。通过结构表征和电化学测试等技术,研究掺入不同比例的铁元素对催化剂析氧反应性能的影响。制备的NiFe2Sn2催化剂表现出优异的OER性能,电流密度为10 mA/cm2时过电位仅为266 mV,对应电流密度100 mA/cm2时的Tafel斜率是45 mV/dec。结果表明在不改变Ni3Sn2晶体结构的基础上掺入Fe元素,会在一定程度上提高OER催化性能,催化活性顺序:NiFe2Sn2>Ni2Fe2Sn2>Ni3Sn2。3、以RE、Ni为原料,通过电弧熔融法合成六方晶系的RE-Ni化合物(RE=Tb,Dy,Ho)。通过物理手段对材料的表面形貌及物相进行研究,通过一系列电化学测试手段对催化剂的电化学析氢反应进行研究。由于镧系收缩的作用,TbNi5在1 M KOH碱性溶液中具有较低的过电位、较低的Tafel斜率、较小的电荷转移电阻,展现出良好的HER催化活性,并可保持至少12 h基本无损耗的催化稳定性,催化活性顺序:TbNi5>DyNi5>HoNi5。