在当前的能源供应过程中,氢气是最有前途的清洁能源,并且具有环保、易存储和能量密度大等特点。电催化析氢反应现被视为是一种高效的、有发展前景的、并能有效的解决未来能源危机的方法之一,因此,设计出具有较高活性和低廉成本的析氢催化剂是必不可少的。其中,贵金属催化剂在电化学析氢反应中具有良好的催化效果。贵金属纳米颗粒的传统合成方法主要是化学液相还原法,反应过程中,加入了表面活性剂和还原剂等添加剂,同时还会伴随着纳米颗粒团聚现象。本论文中,利用氢氟酸处理硅线,表面形成具有还原能力的Si-H键,从而将溶液中贵金属还原在硅纳米线表面,得到贵金属(钌、铑、铂)修饰的硅纳米线复合物。另外,硅纳米线具有大的比表面积,而且能通过Si-H键紧密的负载金属纳米颗粒阻止纳米颗粒团聚等特点。本论文中旨在用硅纳米线负载贵金属(钌、铑、铂)制备出新型的电化学析氢催化剂,并提高其析氢反应效率,为电化学析氢实际应用奠定基础。论文主体主要包括以下三个部分:(1)利用Si-H键的还原能力将钌纳米颗粒原位还原在硅纳米线表面,得到均匀稳定的钌纳米颗粒修饰的硅纳米线复合物,利用X射线粉末衍射仪,扫描电镜,透射电镜进行表征分析。将制备出的钌纳米颗粒修饰的硅纳米线复合物应用于电化学析氢测试,用0.5 M硫酸溶液作为电解液,研究其电化学析氢能力。实验结果表明,钌纳米颗粒修饰的硅纳米线复合物表现出良好的电化学析氢性能,如低的起始过电位(110 mV)和大的电流密度,并且具有较好的稳定性,复合物的催化性能比纯钌颗粒的效果好。(2)以同样的方法合成了铑纳米颗粒修饰的硅纳米线复合物,将其应用于电化学析氢测试。实验结果表明,其具有优异的析氢性能,与铂的质量分数为40%的商业铂碳材料对比,铑的质量分数为29.1%的铑纳米颗粒修饰的硅纳米线复合物具有更低的Tafel斜率(24 mV/dec)和在高过电位区间具有大的电流密度,时间电流曲线测试结果表明其具有良好的稳定性。与此认为,复合物具有协同作用,即存在吸收位点和脱附位点,加速析氢反应的速率。并用密度泛函理论模拟计算证实我们的复合物分两个独立的表面和不同吸附能量位点的催化剂,计算结果还表明硅吸附羟基会中毒,随后羟基由硅表面位点转移到铑表面位点,实现脱附产生氢气,从而稳定了铑纳米颗粒修饰的硅纳米线复合物催化剂的性能。(3)铂是一种贵金属,化学性质很稳定,在空气中不易被氧化,并具有良好的催化效果。其中,铂在异构化、环化、氢化、脱氢、脱水、氧化、裂解等化学反应中均可作催化剂。用同样的方法合成出铂纳米颗粒修饰的硅纳米线复合物,并将其应用于电化学析氢测试,研究其电化学析氢性能。通过X射线粉末衍射仪表征,铂纳米颗粒修饰的硅纳米线复合物样品的XRD图谱出现的衍射峰,分别很好地对应上Pt的(111),(200),(220),(311)和(222)晶面和Si的(111),(311)晶面。从扫描电镜图可以清楚地观察到铂纳米颗粒均匀地长在硅纳米线上。铂纳米颗粒修饰的硅纳米线复合物析氢起始电位接近于0 V,Tafel斜率为26 mV/dec,经过1000圈的循环伏安稳定性测试,实验结果表明,其在酸性介质中稳定性比较好。