一、课题背景
1.1概述
随着现代社会的发展，氢作为替代石油和天然气等可耗尽的化石燃料能源载体的需求越来越大。超过95%的氢气生产是通过甲烷蒸汽在工业上实现的 重整和煤气化。然而，这些方法需要巨大的大量的燃料和排放大量有害和环境有害的气体。因此如何有效且可持续的生产氢是关键。电解水产氢是一种清洁可再生的氢气制备方法。电解水过程包括析氢反应（HER）和吸氧反应（OER），分别发生在电解池的阴极和阳极，产生氢气和氧气。而其逆反应分别为发生在氢氧燃料电极的阴极和阳极上的氢氧化反应（HOR）和氧还原反应（ORR）。HER和OER都需要催化剂来降低电化学过电位，加速反应进程。铂族金属是HER最有效的催化剂，能在接近热力学电动势下驱动电解水反应的发生。但由于其资源稀缺价格昂贵，无法实现大规模廉价产氢的需求，因此发现和制备廉价的电催化剂成为电解水产氢的重要研究内容。
近年来过渡金属化合物催化剂由于良好的稳定性，较低的价格在电催化析氢反应得到了很大的关注。在各种过渡金属基HER电催化剂中，钼基电催化剂被认为是最有前途的替代物，包括氮化钼、碳化钼，磷化钼和硫化钼等。在过去几年，例如，邹等人提出了一种Mo2C/NC杂化物，它在很宽的酸碱度范围内的活性表现出前所未有的电催化作用和超微粒子之间的协同作用，并发现Mo2C纳米粒子和氮掺杂碳产生碳纳米层上强大的非金属催化位点。Fang等人制备了一种共促进的MoP催化剂，钴的加入不仅减小了颗粒尺寸，而且促进了电荷转移，还增强了活性位点，从而有助于提高HER活性。谢毅老师等人开发了原子级MoN纳米片，并证实了面上的钼原子对电催化析氢具有催化活性。这些实例表明，设计良好的纳米结构，丰富的孔隙率、导电载体和通过掺杂的晶格结构适当的改性是实现优化HER活性的重要手段。
1.2硫化钼
MoS2作为典型的过渡金属硫属化物材料，理论和实验结果都表明MoS2具有作为HER催化剂的活性位点。为了开发具有优异HER性能的催化材料，研究者们对MoS2基材料的制备进行了广泛研究。Kibsgaaard等制备了具有高活性位点的介孔MoS2薄膜，研究结果表明活性位点的增多和比表面积的提高显著提升了电催化析氢性能。Chung等合成具有纳米自组装结构的边缘终端MoS2，该材料同时具有高HER催化活性和稳定性。结果表明增加催化材料的活性位点是提高催化活性的有效方法。
1.3碳化钼
在碳化钼(alpha;-MoC1-x， eta;-MoC、gamma;-MoC和beta;-Mo2C)，beta;-Mo2C被认为是最活跃的；它性在酸性和碱性溶液中表现出较高的HER活性和良好的稳定性。原因可能归因于它的与铂基催化剂高度相似；具体来说，包括碳原子进入钼的晶格间隙，使它们的d波段电子结构类似于铂基准。许多研究表明Mo2C的HER活性可能是 通过构建适当的形态，如纳米线和纳米粒子，由于活性位点在表面。另一个改进策略是引入其他元素，如氮、磷、硫和硼；这些元件可以调节电子设备中钼的状态，并使活性位点以理想的方式分布。 此外，杂原子的引入也可能调节碳架的电子排列，并因此增加HER的相应催化活性。Liu等人指出嵌入氮掺杂碳中的金属碳化物显示出高HER活动；这主要是由于最有利的氢离子吸收/解吸性能和Mo2C和氮掺杂的杂化催化剂之间的协同效应。
1.4氮化钼
与碳化钼(MoxC)和硫化钼相比，氮化钼(MoxN)的活性较差，目前对氮化钼的电催化性能研究相对较少。有研究表明，多孔氮化钼和氮掺杂碳 (MoN-NC)复合纳米材料可以作为优异的电催化材料。其内在的催化机理和协同作用尚不明确，因此，制备氮化钼和氮掺杂碳的复合催化剂，调节内在的微纳结构，构筑氮化钼和氮掺杂碳的接触方式，研究在电催化产氢过程中的协同机理是一件十分重要的工作。
