一、研究背景

众所周知，能源是人类生存和经济发展的重要物质基础。目前，化石燃料是主要的能源供应。但其不可再生性和对环境的污染危害已严重威胁到人类的生存环境和经济发展。氢具有能量密度高、燃烧热值高、燃烧产物清洁等优点，是一种清洁高效的能源载体，为人类从根本上解决能源与环境等全球性问题提供了理想的能源替代品。制氢的方法有很多，包括氨制氢、甲醇制氢、煤和天然气蒸发制氢、水裂解制氢等。其中，电化学水分解因其制备简单、污染少、效率高而备受关注。水的裂解有析氧反应（OER）和析氢反应（HER）两个半反应。然而，析氧反应的高理论值1.23 V导致了水裂解过程中1.8 V以上的高电位。半反应一般采用贵金属基材料，如OER用RuO2和IrO2， HER用Pt等作为催化剂。然而，贵金属基催化剂既稀缺又昂贵。为了解决这一问题，人们试图制造过渡族金属复合材料来取代贵金属基催化剂。

电沉积、水热合成以及两者结合制备是无贵金属电催化剂的主要制备方法。电沉积法操作简便。它可以调节制备的样品的晶粒尺寸，提高样品的性能。但由于各种材料的物理性质和生长方式的不同，层间存在应力。水热法虽然是常用的合成方法，但实验的重现性较差。在我们的工作中，我们采用闪蒸焦耳加热系统制备了Co-Cl-C复合粉末。然后将与粉末混合的油墨滴在自支撑基板上形成薄膜。该制备方法快速、低能耗、环保。Tour等人报道了用碳基前驱体用闪焦耳加热法制备石墨烯。然而，没有人报道过利用闪蒸焦耳加热制备金属基复合材料。Co-Cl-C复合膜在析氧、析氢反应中具有较高的催化性能。我们的实验为复合材料的设计和制备提供了新的思路。

二、摘要

钴基化合物是一种双功能电催化剂，用于水裂解半反应。本文报道了闪蒸焦耳加热制备的Co-Cl-C复合催化剂在析氧反应（OER）和析氢反应（HER）中的催化性能。发现Co-Cl-C复合膜是一种高效的OER和HER电催化剂。此外，闪蒸焦耳加热是一种快速、低能耗、环保的制备方法。为复合材料的制备方法开辟了新的思路。

三、结论

采用闪蒸焦耳加热制备了Co-Cl-C复合粉体。在闪蒸焦耳加热后，对复合粉末颗粒进行细化，并将钴基化合物包裹在晶体碳中。这是一种新颖的制备方法。我们的工作是用这种方法制备复合材料的第一篇报道，并且所制备的复合粉末的油墨混合物在OER和HER的催化性能方面取得了明显的效果。在电流密度为10 mA cm−2时，催化稳定性较好的Co-Cl-C复合膜的过电位为339和161 mV。虽然性能不是很高，但复合粉末的制备方法提供了新的灵感。接下来，我们将继续致力于利用闪蒸焦耳加热制备复合材料，不断提高其在高电流密度下的性能和催化剂的应用。

图1.(a)样品池示意图；(b)反应器照片。

图2.CoCl2-C复合粉体的TEM图像、元素图和HRTEM图像。