1.目的及意义

在世界科学的飞速发展下，能源需求急剧增长。但煤、石油、天然气等传统化石能源储量有限，且在开发和燃烧过程中对环境造成了严重的污染。所以寻找高效、环境友好的新型能源是全球亟需解决的难题。氢能资源丰富，能量密度高，燃烧产物为水，是无二次污染的“绿色能源”，被认为是解决能源危机和环境危机的理想能源之一[1]。

制氢途径有多种，其中电解水制氢可获得纯度极高的产品[2]，还可以将电能间接储存为化学能待利用，特别是将它应用到燃料电池领域中时，氢气将储存在自身内部的化学能转化为电能，跳过了燃料过程，免去了卡诺循环的限制，转化效率大大提高，其理论热力学效率高达 82%，实际能量转化效率依然保持在 50-60%，对比化石燃料约 30%的效率和太阳能电池 20%的效率，在能量转换效率方面体现了不可取代的优势[3]。但水制氢技术存在电能消耗大的问题，使得生产成本偏高。造成电能消耗大的主要原因是电解电极的析氢过电位过高，因此研究降低析氢过电位来降低电解能耗尤为重要[4]。但现有研究表明，除了Pt 等贵金属，其他催化剂的析氢过电位依然很大。而Pt 等贵金属催化剂储量少、价格昂贵，无法满足大规模氢气生产的现实需求，因此，近年来许多研究着眼于如何进一步提高现有非贵金属催化剂的析氢性能或开发廉价高效的新型催化剂[2]。

碳材料，由于其具有独特的电子结构特性及良好的机械性能，近年来在作为电催化剂和催化剂载体材料方面受到了关注与研究[5-7]。对纳米碳材料（石墨烯、碳纳米管等）进行表面改性, 在其表面引入一些杂原子(如O、N、S)或与其它材料进行复合可以调整其电子特性, 使其电催化性能得到大幅提升[8,9]。目前，制备碳基材料的碳源主要是有机物，用生物质制备碳基材料也是一种简单便捷、绿色廉价的合成方法，具有商业可行性[10]。大豆[6]、向日葵[7]、椰壳[11]、虾壳[10]、芦荟[12]等生物质碳化后得到的生物质碳具有较好电催化性能。

另外，考虑到过渡金属 Fe、Co、Ni 的储量大、价格低，且研究表明这些金属与碳材料的复合材料对析氢具有良好的电化学催化活性，发展基于它们的 HER 催化剂也具有实际应用价值[13-15]。

本课题以生物质和金属盐（镍盐或钴盐）为前驱体，采用高温碳化法制备金属氧化物/碳复合材料，通过改变金属盐与生物质的配料比、碳化温度及碳化时间，得到不同形貌的碳基复合材料。采用XRD、XPS、SEM等方法对材料进行表征。采用线性伏安扫描（LSV）、循环伏安法(CV)等电化学测试方法评估复合材料对析氢反应（HER）的电催化性能。

2. 研究的基本内容与方案

2.研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1本课题的研究（设计）的目标：

（1）探讨不同金属盐与生物质所合成的金属氧化物/碳复合材料对电催化析氢

性能的影响，确定最优金属盐；