氢能是一种绿色环保、能量密度高的二次能源,氢能的发展应用可以有效解决因化石能源过度使用带来的种种问题。电解水是一种能够有效获取氢能的制氢工艺,然而电解水反应过程中因极化反应的存在极大降低了电解水制氢的效率,因此电解水制氢的发展需要高效电催化剂来降低反应过程中的过电位。贵金属催化剂Ru O2和Pt虽然能够明显降低过电位,但是由于贵金属材料的价格高、储量少等因素限制了贵金属催化剂材料的大规模使用。因此开发高效、价格低廉的非贵金属基电解水催化剂材料成为发展电解水制氢的关键。本文以过渡金属（羟基）氧化物为催化活性中心,通过调控材料的活性位点和电子结构,合理构筑得到Fe OOH@Co Al-LDH（Layered double hydroxides,LDHs）和Cu3P@Co O异质结阵列作为析氧反应（oxygen evolution reaction,OER）和析氢反应（hydrogen evolution reaction,HER）的催化剂。在本文第三章,通过水热法成功制备CoAl-LDH纳米片,并采用一步浸渍法成功将平均尺寸为2.3 nm的Fe OOH纳米点均匀分散在水滑石纳米片表面。经过一系列表征发现,FeOOH@CoAl-LDH材料中FeOOH与CoAl-LDH之间存在强烈的电子相互作用,说明成功制备具有异质结结构的Fe OOH@Co Al-LDH。在1 M KOH溶液中对样品进行电化学性能测试,Fe OOH@Co Al-LDH催化剂在50 m A cm-2的电流密度下产生的过电位仅为272 m V,且塔菲尔斜率低至40 m V dec-1,说明Fe OOH@Co Al-LDH材料具有较好的反应动力学。且Fe OOH@Co Al-LDH在经过10、20和50 m A cm-2电流密度下共30 h稳定性测试后依然保持出色的电化学活性,说明Fe OOH@Co Al-LDH可以作为高效、稳定的OER催化剂。基于密度泛函理论（density functional theory,DFT）的计算结果表明,Fe OOH与Co Al-LDH的耦合优化了材料对OER反应中间产物的吸附自由能,有效降低了水氧化过程中的能垒。在本文第四章中,通过阳极氧化法以及热磷化法在泡沫铜表面原位生长Cu3P纳米线,以Co O作为催化活性物质负载至Cu3P纳米线表面,成功制备具有核-壳结构的Cu3P@CoO纳米异质阵列。在1 M KOH溶液中测试Cu3P@Co O的HER催化性能,在10 m A cm-2的电流密度下产生的过电位仅为93 m V,对应的塔菲尔斜率低至71 m V dec-1,在经过长时间稳定性测试后仍具有较好的HER催化活性,说明Cu3P@Co O可以作为高效、稳定的HER催化剂。DFT理论计算表明,Cu3P@Co O异质结具有更适宜的反应中间体吸附自由能,从而表现出更高的HER催化本征活性。FeOOH@CoAl-LDH和Cu3P@CoO的成功合成说明,可以通过构建异质结纳米阵列来调控过渡金属（羟基）氧化物的电子结构和反应位点,进而设计出具有高活性的电解水催化剂。