全球经济的快速发展导致了严重的能源和环境问题。随着对可再生能源需求的增加,开发和利用新型能量存储和转换系统成为当下最重要的研究领域之一。氢能被认为是最具应用前景的新能源之一。电催化和光/光电催化水分解制备氢气提供了一种有效的存储能量的方式。目前,用于催化析氢和析氧反应的标准催化剂仍然以贵金属材料为主,例如Pt、RuO₂和IrO₂。因此,研究高效、廉价的非贵金属析氢和析氧催化剂代替贵金属材料是实现这项技术实际应用的关键。本论文总结了用于电催化析氢和析氧反应的催化剂,以及光/光电析氢反应的助催化剂。我们制备了MoS₂用于电催化析氢反应以及作为助催化剂可以有效提高半导体的催化性能。电催化析氧反应具有较缓慢的反应动力学,因此我们研究了过渡金属氧化物,尤其是氧化钴（Co₃O₄、CoO）,作为电催化析氧反应催化剂,可以降低反应活化能,进而加速水分解进程。此外,功能化的碳材料在碱性溶液中作为双功能催化剂可以同时用于电催化析氢和析氧反应。层状MoS₂纳米片与石墨烯气凝胶的复合材料（GA-MoS₂）通过两步水热反应制备。石墨烯纳米片部分折叠形成3D多孔结构的石墨烯气凝胶,有效的防止了石墨烯的堆叠,为MoS₂纳米片的生长提供了较大的比表面积。GA-MoS₂复合材料高度保持了石墨烯气凝胶的多孔结构,并且MoS₂纳米片均匀的分布在大孔边缘,为电催化析氢反应提供了大量的催化活性位点。GA-MoS₂的3D多孔结构有助于电催化过程中电荷的快速转移,有效的克服了MoS₂导电性较差的缺点。因此,GA-MoS₂在电催化析氢反应过程中具有较高的催化活性和稳定性。助催化剂MoS₂纳米片修饰p-型半导体Cu₂O（MoS₂@Cu₂O）用于可见光条件下光/光电催化析氢反应。助催化剂MoS₂促进了光生电子从Cu₂O向MoS₂表面的转移,抑制了光生电子和空穴的复合。MoS₂纳米片为析氢反应提供了催化活性位点,有效的降低了催化反应过程中的过电位。当MoS₂负载量为1.0 wt%时,MoS₂@Cu₂O具有最强的光/光电催化活性,光电流密度为0.17 mA cm^-2,析氢反应速率为50μmol h^-1。此外,助催化剂MoS₂的存在还可以有效的降低半导体Cu₂O自身光腐蚀的发生,显著提高了光电催化稳定性。恒压扫描9 h后,光电流密度仅衰减7%。具有独特三明治结构的石墨烯和Co₃O₄（G-Co₃O₄）复合材料用于电催化析氧反应。Co₃O₄纳米颗粒均匀分布在石墨烯纳米片两侧,石墨烯纳米片充当粘结剂的作用,将相邻的Co₃O₄纳米颗粒连接在一起。石墨烯纳米片有效提高了复合材料的导电性。G-Co₃O₄在碱性和中性溶液都表现出了优异的催化活性,电流密度达到10 mA cm^-2,所需过电位分别为313和498 mV。此外,在稳定性测试过程中没有明显的电流密度衰减,表明G-Co₃O₄在电催化析氧反应中具有较好的稳定性。多孔石墨烯和CoO（PGE-CoO）组成的电催化析氧催化剂,具有较高孔隙率,较大的比表面积和快速的电子转移机制。PGE-CoO在电催化过程中具有较低的起始电位（504 mV vs.Ag/AgCl）和较高的电流密度(过电位348 mV达到10 mA cm^-2)。PGE-CoO优异的催化活性归因于其独特的多孔结构、较高的催化活性比表面积以及石墨烯与CoO之间较强的相互作用。此外,CoO纳米颗粒均匀分散在石墨烯的孔隙中,形成了独特的胶囊结构,有效的避免了电化学测试过程中的腐蚀现象,PGE-CoO在碱性溶液中稳定性显著增强。PGE-CoO优异的催化活性和较好的稳定性表明多孔结构复合材料有利于水分解反应。我们利用静电纺丝技术制备了金属钴纳米颗粒嵌入在氮掺杂多孔碳纤维的（Co-PNCNFs）复合材料作为双功能水分解催化剂。Co-PNCNFs在电催化析氧反应过程中表现出了较低的起始电位（1.45 V vs.RHE）和较高的电流密度(过电位285 mV达到10 mA cm^-2)。Co-PNCNFs优异的催化活性与氮掺杂和钴的嵌入结构密切相关。掺杂的氮元素以及嵌入的金属钴单质可以影响周围碳的性质,使其转变为催化活性位点。此外,多孔结构和协同效应为电催化析氧反应提供了较大的比表面积和快速的电荷转移途径。Co-PNCNFs在碱性溶液中同样表现出了电催化析氢反应能力。我们采用Co-PNCNFs同时作为阴极和阳极组装了水分解电解池,在电位为1.66 V,电流密度达到了10 mA cm^-2。