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氢能被认为是最清洁的能源。电解水制氢是一种非常有前景的绿色制氢技术。碱性电解水制氢技术是目前最常用的商业电解水技术。相比起固体氧化物电解和质子交换膜电解,碱性电解水需要的电压更高,能耗更多,亟需催化性能优异的析氧反应（oxygen evolution reaction,OER）和析氢反应（hydrogen evolution reaction,HER）催化剂。目前成本低且地球储量丰富的过渡金属的化合物在碱性电解水中的应用得到了广泛的研究。在这些材料中,过渡金属氢氧化物和氧化物被认为是碱性电解质中水分解电催化剂的最佳选择,但是其OER和HER催化性能仍有待提高。过渡金属氢氧化物和氧化物的导电性不好,可以选择三维导电基底原位生长催化活性成分来避免粘结剂的使用,进而提高催化剂导电性。过渡金属氢氧化物的成分对其OER性能影响较大,通过调节不同金属比例提高其OER催化性能。过渡金属氧化物通过被认为是HER惰性的,通过元素掺杂或者负载其他高活性HER催化成分来提高其HER催化活性。本论文的研究内容和结论如下:（1）论文的第三章节采用Fe-Ni双金属泡沫作为铁、镍源和导电基底,以简便、低成本、高效的方法在Fe-Ni双金属泡沫上制备了Fe-Ni氢氧化物纳米片阵列。Ni/Fe元素配比对实现OER和HER的最佳催化活性起着重要作用。制备的FN LDH/FNF-60的电极在1.0 M KOH中具有低的过电位(261 m V可达到10 m A cm?2)和Tafel斜率(85.5m V dec?1),OER长期稳定性好(持续14 h仍保持10 m A cm?2,无衰减)。此外,以FN-LDH/FNF-60为阳极,Ni（OH）2/FNF-25为阴极的碱性水电解槽,与RuO2和20 wt.%Pt/C组成的电解槽相比,具有优异的电解水性能(在1.62 V下提供10m A cm?2的电流密度)和长期的稳定性。（2）论文第四章节通过简便的一锅式化学水浴沉积工艺,在低温（～90°C）和常压条件下,在泡沫镍的表面上生长了3D互连的超薄Ni掺杂Co3O4纳米片阵列（Ni-Co3O4NS\NF）。这种合成方法非常环保,成本低,而且容易根据衬底的大小进行放大,也是合成其他镍掺杂的金属氧化物电催化剂的通用方法,如Ni-Mn3O4 NS\NF和Ni-Fe2O3 NP\NF。Ni-Co3O4 NS\NF在1.0 M KOH中表现出了优异的OER和HER催化活性,因为它具有较大的活性表面积、相互连接的纳米片阵列、良好的导电性以及在电解过程中快速的电荷传输。以制备的Ni-Co3O4 NS\NF作为阴极和阳极组成的全解水电解槽,在2.0 V的电池电压下,电流密度为90.8 m A cm-2,约为工业用泡沫镍的5倍。此外,实验还证明了它是用于大规模太阳能驱动全解水制氢的可靠选择。（3）论文第五章节将Ru纳米团簇负载在Co3O4纳米线上,通过控制还原反应来调节Ru纳米团簇的化学结合环境。通过表征可知,在多孔Co3O4纳米线上的Ru纳米团簇（Ru/Co3O4 NWs）通过Ru–O键与基底结合,而负载在多孔Co纳米线上的Ru纳米团簇（Ru/Co NWs）中只检测到Ru–Ru和Ru–Co成键。Ru/Co3O4 NWs达到电流密度为10m A cm-2时需要的过电势为30.96 m V,优于Ru/Co NWs（113.29 m V）,具有更好HER催化活性。理论计算表明,相比Ru/Co,由于Ru–O键调节了电子分布,Ru/Co3O4的|ΔGH*|更小。最后,通过在Co泡沫上对Ru纳米团簇（Ru Co/CF）进行阳极氧化得到氧掺杂的Ru Co/CF（O-Ru Co/CF）,进一步证实了O的引入提高了Ru在O-Ru Co/CF中的HER本征催化活性。本实验为研究Ru的催化活性提供了一个新的方向,即通过调节周围的键合环境来制备高效的Ru基HER催化剂。