随着科学技术的发展以及人类对生存环境的重视，可再生能源（例如太阳能、风能、水能等）将会逐渐代替引起环境污染的不可再生能源（化石燃料）。在可再生能源中，太阳能、水能等来源不集中，且会由于天气的影响而无法持续供能。然而，氢能不受天气变换的影响，可以随时生产使用，且清洁无污染、能量密度高，有望成为最理想的可再生能源。氢气有很多的制备技术，其中，电解水产氢具有巨大的发展前景。电解水分为阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)两个部分。值得注意的是，这两个反应的产氢、产氧效率依赖于催化剂。对HER来说，性能最好的催化剂为贵金属Pt，但其大规模应用受制于昂贵的价格和生产成本。因此，寻找高效经济且稳定的电极催化剂是将电解水制氢技术普及于市场的决定性手段。研究表明，合理地设计合成过渡金属基纳米催化材料，通过纳米化、形貌调控、引入载体材料等策略优化材料的形貌、成分和表面特性，可提升材料的电催化性能。因此，本论文通过合理设计催化剂，成功制备了以N掺杂的碳网络为基底的碲化钴纳米颗粒及碳氮化钒纳米筛阵列催化剂，并采用相关的测试表征方法对其进行了形貌、组成和电子结构的分析，同时也对其电催化析氢性能进行了评估，并通过理论计算研究了其催化机理。具体研究内容如下：
　　①首先，我们通过沉淀法合成了具有十二面体形貌的前驱物ZIF-67，然后在Ar气氛围下将前驱物与碲粉混合进行高温碲化过程，在不同的碲化温度下，分别合成了钴碲比不同的CoTe/C,Co1.11Te2/C和CoTe2/C。其中，Co1.11Te2/C具有最好的电催化活性，其过电位与塔菲尔斜率远小于CoTe/C和CoTe2/C。基于X射线光电子能谱（XPS）和程序升温还原（TPR）的测定结果分析，CoTe/C,Co1.11Te2/C和CoTe2/C显示出不同的表面电子结构。与此同时，理论计算结果也表明Co1.11Te2/C的氢吸附吉布斯自由能最小（ΔGH*=-0.1202eV）。这些结果说明通过改变碲化钴的钴碲比例，钴原子的d带电子结构可以被有效的调节，降低Co基材料表面形成H-H键的动能势垒，提高催化剂的析氢性能。此外，由于碳基的多孔性和较大的表面积，其负载的碲化钴纳米粒子可以暴露更多的活性位点，增强物质传输效率，从而提高电催化性能；在长期的电催化过程中，碳基底也可以提高催化纳米颗粒的导电性，避免碲化钴颗粒团聚，增强稳定性。
　　②采用水热法，制备出生长在泡沫镍上的NH4VO3纳米片阵列结构的前驱物，然后在氨气和甲烷氛围下煅烧NH4VO3纳米带阵列前驱物同时氮化和碳化合成碳氮化钒纳米筛(VNC/NF)，并在酸性介质中对VNC/NF的HER活性进行了测试。VC纳米筛结构能提供较大的活性面积，并且VC本身具有类似铂的电子结构，对电催化析氢反应有很好的催化活性。尤其是在N的引入后，VNC/NF展现出卓越的HER活性，其过电位仅为73mV。如此优异的催化性能可以归因为引入氮原子使得VNC/NF中的V、N、C发生了电荷转移。具体来说，由于N具有更强的电负性，会引导V和C的电子向周围的N转移，从而使得V中的电子减少，导致d带中心向下偏移，V-H键作用力减弱，即V对H的吸附能力降低。这会加速吸附态的H从催化剂表面脱附下来，平衡H在VNC/NF上的吸附、脱附能力，从而加快HER速率。