随着煤炭、石油等不可再生能源的快速消耗、环境问题的日益加重以及生态环境的急剧恶化,发展可持续的新能源和转化技术成为当前不可缺少的需求。氢气具有能量密度高、无污染等优点,是一种理想的替代化石燃料能源。电解水技术是基于电化学分解水的原理,利用可再生太阳能或电能将水驱动分解成氢气和氧气,被认为是一种高效而且可持续产氢的途径。当前,贵金属催化剂因其价格昂贵、循环稳定性较差且易中毒失活等问题,严重限制了它们的应用,因此发展高效稳定的电催化剂是电催化裂解水产氢过程中亟待解决的关键难题。本文构筑了一系列廉价、高效、稳定且易工艺化的非贵金属双功能电催化剂,并进一步探索结构和性能的关系,该工作可能为合理设计和构造低成本和高活性的双功能电催化剂用于能源转换和储存的应用开辟了新的策略。主要内容如下:1、通过两步水热-煅烧过程成功合成了分层异质结构NiCo₂O₄@CoMoO₄/NF催化剂,研究了水热反应时间对材料微观形貌和催化性能的影响。结果表明,NiCo₂O₄@CoMoO₄/NF-7呈现出优异的电催化性能和稳定性。析氧反应:电流密度为20mA cm^-2,仅需过电势265 mV;析氢反应:电流密度为10 mA cm^-2,仅需过电势121 mV。当NiCo₂O₄@CoMoO₄/NF-7催化剂同时作为阴极和阳极用于全水解时,仅需电池电压1.55 V电流密度可达10 mA cm^-2。NiCo₂O₄与CoMoO₄的协同作用可以有效地提高电化学性能,为电催化水裂解的催化材料的进一步开发提供了广阔的可能性。2、异质原子掺杂是提高材料电催化活性和稳定性的有效策略之一。我们提出以泡沫镍为基底将双金属钼锰共掺杂硫化镍的设想,并通过水热-煅烧法成功地合成了钼锰共掺杂的三相镍硫化物为Mo/Mn-Ni_xS_y/NF。为了更好地分析Mo/Mn共掺杂效应对材料催化性能的影响,我们制备了Ni₃S₂/NF、NiS@Ni_0.96S/NF、Mo-Ni₃S₂/NF和Mn-NiS@Ni_0.96S/NF,系统地研究了电催化水裂解催化活性。Mo/Mn-Ni_xS_y/NF电极表现出优异的催化活性和稳定性。此外,我们提出了三种可能的催化机制,该工作可能为构建高效的非贵金属双功能催化剂和进一步开发大规模的电制氢应用开辟新的途径。3、通过调整C₂H₅NS/CO（NH₂）₂摩尔比和/或溶剂组成,成功地制备了四种不同形貌的MMNS催化剂（MMNS-NFs1、NFs2、NRs1和NRs2）系统地研究了形貌对电化学活性的影响。结果表明:3D核壳纳米结构MMNS-NRs2呈现出高效的电催化性能,包括析氢反应:158 mV@10 mA cm^-2;析氧反应:134 mV@40 mA cm^-2。当MMNS-NRs2作为阴极和阳极用于全水解时,电流密度为20 mA cm^-2和100 mA cm^-2仅需低电压1.52V和1.60 V,MMNS-NRs2//MMNS-NRs2同时具有良好的稳定催化活性。MMNS-NRs2催化剂良好的电催化性能和的稳突出的稳定性可能与以下三个因素有关:（1）独特的核壳纳米结构,促进了电子/离子传递和质量扩散;（2）3D纳米片结构可以赋予催化材料更多的活性位点和更快的电子传递速率;（3）Mo和Mn组分之间协同作用可提高催化活性。4、我们以NiFe LDH纳米片为骨架,原位生长钼掺的Ni₂P超细纳米片,合成了一种独特纳米结构的Mo-Ni₂P@NiFe LDH/NF催化剂。得益于高效的电子传递/质量扩散速率、丰富的活性位点、协同效应和促进O₂/H₂气体快速释放等独特的纳米结构,因此,与纯NiFe LDH和Mo-Ni₂P催化性能相比,3D核壳结构Mo-Ni₂P@NiFe LDH/NF表现出显著提高的电催化活性,包括OER反应:当电流密度为40 mA cm^-2时,过电势仅需269 mV;HER反应:电流密度为10 mA cm^-2时,过电势仅需82 mV;全水解:Mo-Ni₂P@NiFe LDH/NF//Mo-Ni₂P@NiFe LDH/NF电极对表现出优异的催化性能和良好的稳定性,当电流密度为10 mA cm^-2时,仅需电池电压1.46 V。