当今世界的能源需求依旧依赖于煤、石油等不可再生的化石能源,由于化石能源的过度开发和不合理使用造成了严重的资源枯竭和环境污染问题,因此,寻求绿色清洁、可持续能源已经成为当下能源研究的热点。氢气因其较高的燃烧值,零污染,环境友好等优点,被誉为化石能源的最佳替代品。目前,工业上主要使用天然气蒸汽转化法生产氢气,其生产过程需要燃烧大量化石能源并排出温室气体,不符合绿色可持续发展理念。为了响应可持续发展的需求,利用光催化制氢和光电催化制氢技术相继出现,基于太阳能、风能快速发展驱动,电解水制氢是最有希望并能可持续发展的途径,由于该技术的最初反应原料是水,其反应装置简单,外加一定的电压就可得到高纯的氢气。电解水产氢的关键步骤是析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER),即还原水为氢气并释放出来,此过程需要高的活化能,有高效催化剂才能进行,铂基催化剂是当前性能最好的HER催化剂,但铂属于贵金属,自然界中储量稀少因而价格昂贵,难以适应今后大规模生产利用。因而开发低成本、丰富、高效、稳定的HER催化剂成为目前水分解产氢研究领域的热点。基于以上研究,本文通过制备不同TiO₂基的复合材料,利用各组分间的协同效应,获的析氢性能优良HER催化剂,具体研究内容如下:(1)以P25(80%的锐钛矿和20%的金红石混合物)为原料水热法合成TiO₂纳米带,使用合成的TiO₂纳米带为基底,采用水热法合成WS₂@TiO₂催化剂。结果显示带状的TiO₂被片层的WS₂围绕封闭,TiO₂与WS₂具有较好的耦合协同作用。将催化剂进行三电极电解水性能测试,对比单独的TiO₂和WS₂催化剂,WS₂@TiO₂催化剂在碱性电解液中表现出较好的电解水析氢性能。在电流密度为10 mA cm^-2时,过电位为150mV,塔菲尔斜率为120 mV dec^-1,在碱性电解液中测试24 h时,保持率高达88.10%,说明WS₂@TiO₂催化剂具有优异的稳定性和良好的应用前景。(2)以苯胺为碳源和氮源,磷钼酸为钼源,在苯胺聚合过程中加入TiO₂纳米球合成NC/Mo₂C@TiO₂催化剂,探究了TiO₂对催化剂的电解水析氢性能的影响,在1 M KOH碱性电解液中将NC/Mo₂C@TiO₂催化剂作为电解水催化剂,该催化剂电极材料有着丰富的活性位点,且表现出优异的析氢活性,当电流密度为10 mA cm^-2时的过电位为150mV,塔菲尔斜率为158 mV dec^-1,在碱性电解液中测试35 h时,保持率高达92.88%,说明NC/Mo₂C@TiO₂具有优异的稳定性和良好的应用前景。(3)以石墨烯结构的g-C₃N₄为碳源和氮源,利用钛酸四丁酯、硝酸钴与氨水的相互作用,制备了Co,N-C@TiN/TiO₂纳米复合结构,利用三电极系统对催化剂进行电解水析氢性能研究,测试结果显示Co,N-C@TiN/TiO₂具有较好的析氢性能,当电流密度为10mA cm^-2时,过电位为124 mV,塔菲尔斜率为146 mV dec^-1,在碱性电解液中测试50h时,保持率高达97.00%,说明Co,N-C@TiN/TiO₂催化剂具有优异的稳定性和好的应用前景。