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利用可再生电能驱动水分解制氢是实现可再生能源存储与转化的一个重要途径。然而,水氧化半反应（OER）是一个多电子-多质子、多步的反应过程,热力学能垒较高和动力学缓慢,大多数水氧化催化材料的性能和稳定性较低,难以满足大规模应用的需求。目前工业电催化水氧化主要使用Ir O2、Ru O2等贵金属催化剂,但贵金属储量有限,难以大规模应用,因此设计合成非贵金属的水氧化电催化剂替代贵金属催化剂是十分必要的。目前非贵金属水氧化催化剂的设计合成仍然受到界面电荷转移和表面催化转化效率较低等问题的制约,对其构效关系和反应机制等关键的科学问题认识不清。镍（Ni）是一种具有较高地球丰度的金属,对析氢半反应具有较高的活性,同时具有结构易于调控等特点,但其仍然存在OER过电位较高、本征活性较低等问题。基于此,本论文拟以Ni基催化剂为主要研究对象,从界面电荷转移改进和催化位点电子结构调控两个关键点入手设计性能优异的水氧化电催化剂,并致力于上述两方面关键科学问题的认识提升,在此基础上取得了以下几个方面的研究结果:（1）从界面改性的角度调控催化剂和电极之间以及催化剂颗粒之间的界面性质,提出了碳纳米管（CNTs）和掺杂碳相结合、协同促进Ni Fe基水氧化催化剂电化学性能的新策略。其中CNTs可有效改进催化剂与碳纤维纸（CFP）载体之间的界面,而以葡萄糖(C6H12O6)为前驱体原位生成的掺杂碳能有效改进Ni Fe基催化剂颗粒之间的电荷传输及其分散,降低了催化剂和电解液界面的电荷传递电阻。此外,掺杂碳会进一步促成Fe-O-C键的生成,调节了Ni Fe金属元素的电子结构,从而提升催化剂的表面催化活性。基于这些改进,设计合成出高效的水氧化电催化剂（Ni Fe-C/CNTs/CFP）,其在1 M KOH电解液中电流密度为10 m A cm-2条件下的过电位为202 m V,Tafel斜率为38.2 m V dec-1,且能够稳定运行72 h。另外,该催化剂在电势为1.48 V（vs.RHE）条件下的转化频率（TOF）约为0.10 s-1。（2）利用以上提出的CNTs界面修饰和碳掺杂改性策略,并结合多金属氧酸盐的配位性质,从调控催化剂的电子结构和提高界面电荷传递两个方面考察了磷钼酸（PMA）配位和碳掺杂对Ni Fe双金属基催化剂电子结构和催化性能的影响。研究结果表明,碳掺杂有利于复合催化剂中Ni-O-Fe的形成并优化催化剂的电子结构,同时改善催化剂和电解液之间的界面电荷传递。另外,合成的Ni Fe-C-PMA/CNTs/CFP复合水氧化电催化剂在1 M KOH电解液中电势为1.53 V（vs.RHE）条件下的TOF值为2.34 s-1,优于Ir O2/CNTs/CFP(TOF=0.026 s-1)。此外,该催化剂还表现出优异的稳定性,在碱性电解液中能够运行100小时,实现了电催化剂活性和稳定性的提高。（3）针对不同p H环境下水氧化电催化剂的需求,利用以上CNTs的界面改性策略,并结合双金属复合的策略调控催化剂的界面性质和电子结构,设计合成了在宽p H范围内OER性能优于商业Ir O2的Ni基双金属复合电催化剂（Ni Irx/CNTs/CFP）,其在0.5 M H2SO4溶液中,电流密度为10 m A cm-2时的过电位为196 m V,在电势为1.53 V（vs.RHE）条件下的质量活性为2.54 A mg-1 Ir,实现了Ni Ir复合金属电催化剂在酸性体系中的高效运行。此外,该催化剂在不同p H的电解液体系中都能够稳定运行12 h。实验和DFT计算表明,Ni和Ir的复合可调节它们的电子结构,增强催化剂对水分子的吸附活化。另外,Ni Ir双金属和CNTs之间存在强烈的电子耦合作用,有利于增强催化剂对中间态氧物种的活化能力,从而提高了催化剂的水氧化性能,大幅降低了贵金属的含量。CNTs的引入也有效改进了催化剂与CFP之间的界面电荷传输,对水氧化性能的提升产生一定的促进作用,因而实现了Ni基电催化剂在宽p H范围内催化性能的提高。本论文采用界面改性的策略分别合成了Ni Fe-C/CNTs/CFP、Ni Fe-C-PMA/CNTs/CFP和Ni Irx/CNTs/CFP催化剂,实现了催化剂活性和稳定性的提升。其中催化剂Ni Fe-C/CNTs/CFP和Ni Fe-C-PMA/CNTs/CFP在碱性体系中都具有优异的催化性能,而催化剂Ni Irx/CNTs/CFP则在宽的p H范围内都具有良好的催化活性。试验结果表明,催化剂的性能和催化剂的结构形貌、界面性质以及电子结构变化密切相关。进一步的理论研究表明,催化剂Ni Fe-C/CNTs/CFP和Ni Fe-C-PMA/CNTs/CFP的OER反应速控步骤和电子转移后的化学过程有关,而催化剂Ni Irx/CNTs/CFP在酸性条件下的OER速控步骤为*O向*OOH转化的化学吸附反应。