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为有效应对环境问题和传统能源过度消耗,利用可再生能源驱动电解水被认为是一种环境友好、可持续的制氢方法。电解水的实际应用受贵金属催化剂的昂贵、稀缺性及能耗过高等因素的限制。因此,迫切期望设计高效稳定的非贵金属材料,开发节能的电解装置。镍基催化剂由于对电解水析氧反应（OER）含氧中间体（*OH、*O和*OOH）表现出适中的亲和力,有望达到Ru/Ir-基贵金属的活性,被广泛关注。尽管有显著的工作进展,但目前OER活性和稳定性仍面临挑战。此外,镍基催化剂的析氢（HER）活性受制于水解离动力学缓慢和较强的Ni-H键合能力。基于以上问题,我们通过界面工程和掺杂等策略构筑了Co Ni N@Ni Fe LDH、V-Fe Ni3N/Ni3N、VOx/Ni/Ni3N和Ni-Mo-N四种催化剂,期望实现高效稳定、低能耗的电化学水-氢转化。（1）OER缓慢的动力学过程和高过电位致使电解水的效率受到严重影响。Ni Fe LDH被认为是一种有效的OER催化剂,而导电性差限制了其HER活性,为此,通过原位电化学方法将分级的Ni Fe LDH纳米片组装在Co Ni N的表面,构筑了Co Ni N@Ni Fe LDH的复合纳米结构,作为双功能催化剂用于全水解。该催化剂显示出出色的OER活性,在电流密度为10和100 m A cm-2时过电位分别为227和291 m V。以Co Ni N@Ni Fe LDH作为电解池的阳极和阴极,碱性电解池需要1.63V的工作电压可驱动10 m A cm-2。100 h的出色稳定性超过了大多数过渡金属双功能电催化剂。优异的性能归因于丰富的活性位点、强电子相互作用以及电化学中表面重建和相转变形成的相应金属（氧）氢氧化物。（2）通过水热-氮化方法制备了V掺杂的双金属氮化物异质结构Fe Ni3N/Ni3N,并用于电解水和尿素电解。V-Fe Ni3N/Ni3N表现出卓越的HER和OER活性。当V-Fe Ni3N/Ni3N作为电解池的阳极和阴极,仅需1.54 V的电压就达到10 m A cm-2的电流密度,且可连续电解操作120 h以上,超过了以往报道的大多数电催化剂。电解水的优异性能主要归因于V掺杂和界面工程的协同效应,这不仅增强水的吸附,还调节反应中间态的吸/脱附,从而加速HER和OER动力学过程。此外,该催化剂应用于尿素辅助的电解水制氢时,工作电位比传统电解水降低80 m V。（3）通过调控氮化温度,在Ni/Ni3N结构上引入氧化钒,成功合成一种碳布上原位生长的VOx/Ni/Ni3N异质结构催化剂。该催化剂表现出优异的HER、尿素氧化（UOR）、肼氧化（Hz OR）活性和长期稳定性。对HER,该催化剂只需要46 m V过电位可获得10 m A cm-2;对UOR和Hz OR,分别需要1.38 V和44 m V可以驱动100 m A cm-2。如此优异的活性源于氧化钒对Ni/Ni3N电子结构的修饰和非晶/结晶的界面形成的丰富活性位点。当VOx/Ni/Ni3N作为电解槽的阴极和阳极,在1 M KOH/0.33 M尿素和1 M KOH/0.5 N2H4中,分别仅需1.40 V和92m V的工作电位就达到10 m A cm-2。（4）阳极水氧化严重制约电解水产氢的实际应用,且阳极产物（O2）的经济价值较低。用热力学有利的生物质衍生物电氧化反应替代OER可同时实现低能耗阴极产氢和阳极合成高附加值的化学品。在此,我们合成了一种Ni-Mo-N异质结构双功能催化剂,并用于HER和5-羟甲基糠醛氧化（HMFOR）。受益于丰富的界面、较快的电子传输能力和本征活性,该催化剂表现出优异的碱性HER、HMFOR活性和稳定性。对于HER,在10 m A cm-2时过电位仅需61 m V的过电位。当HMF为氧化底物时,在1.45 V（vs RHE）条件下,在法拉第效率为83.3%时,HMF的接近完全转化（99.9%）,2,5-呋喃二甲酸（FDCA）的产率可以达到99.6%。此外,为实现同时在阴极将水还原为H2和阳极将HMF氧化为FDCA,当Ni-Mo-N作为双功能催化剂时,达到10 m A cm-2的电流密度仅需1.435 V的工作电位。