1. 研究目的与意义
在过去的一个世纪里，由于全球的发展和人口的增长，世界范围内的能源需求持续快速增长。能源需求预计将从2010年的16太瓦(TW)增长到2030年的23太瓦，甚至在2050年达到30太瓦[1]。据最新统计，传统能源(如煤炭、石油、天然气)占总能源消耗的79.5%，而水电、风能、生物能源等可再生能源占总能源消耗的79.5%。对化石燃料的严重依赖不可避免地导致了它们的快速消耗，以及随之而来的有害环境问题和全球变暖。因此，迫切需要开发可再生和清洁的替代能源，以解决当前的问题并维持长期发展。当前氢气(H2)是最有吸引力的燃料之一。氢气具有最高的重量能量密度，其唯一的燃烧副产品是无污染的水，使其成为一种优秀的能源载体和未来低碳能源系统的潜在候选者。
在电化学反应产生H2的过程中，需要输入能量来克服势垒，这被称为过电位。而析氢反应(HER)和析氧反应(OER)都需要合适的催化剂来降低过电位，从而高效生产H2和O2。铂族金属(PGM)催化剂及其衍生物因具有最佳的氢键能(HBE)和原子吸附氢的吉布斯自由能，以及较低的表面脱附活化能，具有接近热力学势的高交换电流密度和较小的Tafel斜率，法拉第效率约为100%，长期以来被认为是最有效的HER和OER催化剂。但贵金属无论是作为HER催化剂还是OER催化剂其自身存在一个最大的问题就在于成本过高，对于成本问题目前主要采用的方法主要有三条。(1)掺杂其他过渡金属或非金属[2]；(2)控制纳米材料的形貌或孔结构增加电催化剂的电化学活性面积，提高其电催化活性[3]；(3)负载于碳或碳化物等载体表面，改善电催化剂的分散性并减小粒径，提高电催化活性和稳定性[4]。
对于贵金属所面临的成本问题，所能想到的最简单的思路就是通过非贵金属来代替贵金属从而降低成本。近一个世纪以来，人们已经知道金属镍在碱性溶液中可以催化HER。根据大量的理论计算和实验结果，Ni具有最小的氢吸附自由能ΔGH*值，各种非贵金属之间的HER交换电流密度最大。Ni/NiO/CoSe2纳米复合材料的Ni可能是活性位点，而NiO壳层也有利于O - H键的弱化。不幸的是，Ni/NiO/CoSe2的稳定性较差，这可能是由于Ni在酸性条件下的不可逆反应而导致的。钴与镍一样，钴基金属催化剂也得到了广泛的研究，其他非贵金属基电催化剂，如Fe基、W基、 Mo基和Cu基电催化剂也在HER中进行了相关研究， 但非贵金属电催化剂在应用中也存在一些重大的问题，例如过电位较大，反应速率较慢，稳定性差等。因此，研究工作者长久以来一直致力于非贵金属HER电催化剂的相关基础理论研究以及性能提升。(1)调节电催化剂的内在属性；(2)调节电催化剂的外在属性。
2. 研究内容和问题
查找相关文献了当前电解水方面的发展状况，充分了解目前电解水所面临的难题。目前电解水主要研究热点在于电催化剂方面，进而去查阅当前电催化水分解方面的进展。针对在电催化剂方面的探究，了解到了二维MOF电催化剂在电催化水分解方面的有效应用。接下来以二维MOF电催化水分解为重点，收集中英文文献目前的最新发展结果并进行总结。
预计解决的难题：
(1) 通过查找文献了解电解水的机理；
3. 设计方案和技术路线
1.实验仪器：
无
2.实验方法：
4. 研究的条件和基础
- 充分了解本课题中电解水以及二维MOF电催化剂的相关机理；
- 具有高分子材料知识基础；
- 有关的文献资料。
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