用于析氢的非贵过渡金属主要包括：Mo、W、Fe、Co、Ni等元素的硫化物、磷化物及合金，其中，Mo和W在地壳中的含量相对于其它过渡元素非常低，约0.00011%。其它过渡元素如Fe约含6.8%、Co约含0.003%、Ni约含0.0089%，因此Fe、Co、Ni适用于大规模量产化。[2]

过渡金属及其磷化物、硫化物、合金作为一种价格低廉且活性高的电化学阴极材料，一直以来都受到世界各国的广泛关注与研究。对它的大部分研究都集中于降低析氢反应中的阴极过电位，通过增大阴极材料的比表面积以及合成析氢活性较高的材料来提升析氢效果。经过众多专家学者的不断研究，人们从元素周期表中发现了硫（S）和硒（Se）两种元素，这两个元素在周期表中的位置相当，所以在分子结构上也比较相近，关键在于两者能够在电解氢反应中发挥出十分关键的作用。当然两种元素在属性方面存在着一些差别，前者非金属性特征比较明显，而后者金属性比较突出，当时在界限方面划分的不会那么严格，只是硫元素的电子层结构特殊；（2）硫的原子半径相较与硒而言更小一些，导致活性位点更容易体现；（3）硫的电离能比硒的更大，容易结合质子促进电催化析氢[3]。

根据文献记载，水热法可用于合成前驱体铁硫盐，再用此前驱体进行水热反应制备黄铁矿型FeS2：如管从胜等人采用高温加压水溶液法合成的黄铁矿型FeS2具有高纯度；吴荣等人在水热体系中加入晶种FeS2，以EDTA、酒石酸作为螯合剂改善反应条件，合成了FeS2纳米晶粒；段鹤等人采用溶胶凝胶水热法合成了半径小于100nm黄铁矿结构的FeS2粉状体系。但是上述方法都存在共同的缺点，那就是制备流程比较复杂，不仅反应步骤繁多，而且能量消耗也比较大。因此，金属硫化物所具有的更为独特的催化活性，可以运用到电催化析氢上。[4]本文主要以Fe为例综述金属氧化物制备金属硫化物用于电催化析氢的研究。

1.2选题背景

1.2.1课题来源

科研项目、结合实际

1.2.2研究目的及意义

氢能作为零碳排放能源是被公认的最清洁能源之一，如何有效可持续地产氢是未来人类步入氢能经济首先要解决的问题[5]，如表1.1为全球每年的氢产量及其份额[6]。

众所周知，地球上的水资源非常丰富，可以用“取之不尽，用之不竭”来形容，因此水制氢的工艺方法就具有难以取代的巨大优势和广阔的应用前景。但由于析氢反应过电位的存在，导致电解过程中的成本高和能耗大等缺点，因此就需研究和开发新的电极材料，它必须具备高析氢催化活性。制备超疏水纳米粒子氧化物作为电催化析氢材料，不仅成本较低，而且利用纳米离子氧化物降低电催化的超电势，想来一定能够提高电催化析氢的反应活性。

超疏水纳米粒子氧化物电催化剂的的成分组成简单，电催化效果良好，有希望实现工业化生产。

表1.1 全球每年的氢产量及其份额（Bcma：十亿立方米）[7]

Source Bcm2/yr Share（%）

Natural gas 240 48

Oil 150 30

Coal 90 18

Electrolysis 20 4

Total 500 100

1.2.3国内外研究现状

近年来科学家主要研究非贵过渡金属可作为析氢的催化剂有Mo、Fe、W、Ni、Co等。考虑到Fe在地壳中丰富的含量，适合大规模产业化，所以以铁作析氢催化剂的材料得到了大力发展，并根据这一特点制备出了许多催化剂，且都性能优异，对电催化析氢技术产业起到了很好的推动作用。如Di-Yan Wang小组研究了在碳纳米管中掺杂FeS2来获得低成本且高效的制氢催化剂；Matthew S. Faber小组研究了引入结构化缺陷的含有不同金属硫化铁矿能够增强催化剂活性中心的面密度，以增强析氢活性；Daniel Jasion小组研究了低维FeS2纳米结构用于高效析氢。以上我们可以得出，要提高析氢催化剂的活性，需要通过降低催化剂的过电位或者增加催化剂的活性位点来实现。[8] 由金属氧化物制备金属硫化物用于电催化析氢的研究(3):http://www.chuibin.com/huaxue/lunwen_205846.html