氢气因其可再生、能量密度高和燃烧产物无污染等优点,被称为是21世纪最有潜力的清洁能源。其中,电解水是低成本制备高纯度氢气最有效的方法之一。水的电解包括阴极的析氢反应(HER)和阳极的析氧反应(OER)。由于OER涉及多电子转移过程,过电势较高,极大的限制了水的分解速率。因此,设计制备高效、稳定和廉价的水氧化催化剂是提高电解水制氢最有效的途径。钴(Co)基材料因其优异的OER性能而受到研究人员的广泛关注。一方面,金属Co具有多种可变价态,且各种氧化态之间的转变电位非常适合于析氧反应的进行。另一方面,金属Co含量丰富,价格便宜,且具有较高的稳定性。目前,Co基材料主要包括氧化物、氢氧化物、磷化物、硒化物和硫化物等。然而,对于Co基催化剂,在OER过程中真正发挥催化作用的物质已发生改变,此外,对于金属掺杂的Co基催化剂,其活性位点和析氧机理仍然存在争议。本论文以Co基氧化物/氢氧化物为基础,采用简单的合成方法分别制备出三维结构一元Co氢氧化物、层状结构二元CoFe双金属氢氧化物(LDH)以及枝状结构三元CoFeCu合金,研究了所得材料的微观形貌及物相结构,测定了材料在碱性溶液中的析氧性能,初步探究了材料的活性位点及析氧过程,构建了材料特性与析氧性能之间的构效关系,主要研究结果如下:1.以六次甲基四胺(HMTA)和醋酸钴为原料,通过水热法成功制备出了由低维(一维和二维)结构组成的具有三维多级结构的Co基材料。通过XRD、SEM和TEM等表征手段对其进行了微观结构的分析,其中MFs-2样品是由二维纳米片组成的三维微米花结构。电化学测试表明,MFs-2样品具有优异的OER催化活性和稳定性,在电流密度为10 mA·cm-2时只需295 mV的过电势,Tafel斜率为66.6 mV·dec-1。MFs-2样品较高的OER催化性能主要归因于其独特的多级结构,同时结合了低维结构快速的电荷转移和高维结构的快速传质优势。2.采用水热法制备了不同含量Fe掺杂的CoFe双金属层状氢氧化物Co1-xFex-LDH(x=0%、5%、10%、15%和20%)。通过各种表征可得出以下结论:Fe元素以+2和+3的混合价态存在于样品中,且随着Fe含量的增加,样品的物相及形貌未发生较大的变化,但其比表面积均低于不含Fe元素的Co-LDH样品。电化学测试结果表明,适量Fe元素的引入可以提高样品的电化学活性面积以及电子转移速率,促进Co2+→Co3+的转变。其中,Co0.85Fe0.15-LDH样品具有最优的OER催化活性,在278 mV的过电势下即可达到10mA·cm-2的电流密度,Tafel斜率为49 mV·dec-1,且在碱性溶液中恒电压电解10 h后仍可以保持较高的催化活性。3.以泡沫镍(NF)为基底,采用恒压电沉积法制备得到了具有枝状结构的CoFeCu三元合金。通过XRD、SEM、TEM等表征手段发现,Cu2+的浓度会严重影响样品的形貌,且当Cu2+的含量为20 mmol(浓度为0.2mol/L)时,获得的CoFeCu-2样品是由纳米颗粒组成的枝状形貌。电化学测试表明,适量Cu2+的引入可以提高样品的电化学活性面积,同时可以降低电荷转移电阻,其中CoFeCu-2样品具有最优的OER催化性能,在202 mV的过电势下即可达到10mA·cm-2的电流密度,且在相同电压下,其催化电流密度是CoFe样品的7.0倍,双电层电容是CoFe样品的16倍。此外,Co、Fe、Cu三种元素之间的协同效应也有利于材料OER性能的提高。