化石能源的过度使用,引起了一系列的环境问题。氢气作为一种热值高、无污染、可再生的绿色能源,是构建未来清洁能源格局的理想组成部分。电解水产氢是一种获取高纯氢气的有效方法。水电解包括两个半反应,阳极析氧反应及阴极析氢反应。其中阳极析氧反应受限于其缓慢的动力学因素,成为了电解水反应的瓶颈。选择合适的催化剂能够有效地降低水氧化反应的活化能,加快反应速率,进而提升电能转化为化学能的效率。本文将过渡金属元素中的钴元素作为研究对象,考察了钴基催化剂的外在形貌和内在结构对催化性能的影响。主要研究内容如下:1.空心氢氧化钴纳米立方块用于电催化水氧化在室温下使用配位腐蚀转化法,以氧化亚铜纳米立方块作为硬模板,制备了空心纳米结构的氢氧化钴材料。该材料具有表面粗糙、内部中空等外在形貌特点。这些特点可以暴露更多的催化活性位点,并有利于反应过程中的传质过程。实验结果表明,该材料在1 M KOH中,电流密度达到10 mA cm2和50 mA cm^-2的过电位分别为310 mV和370 mV,Tafel为斜率为66.4 mV dec^-1,且能保持恒电压电解10 h的稳定性。2.空心CoFe层状氢氧化物纳米立方块用于电催化水氧化在上述空心氢氧化钴纳米立方块的合成体系中加入Fe源,在室温下制备空心CoFe层状氢氧化物纳米立方块。除了空心结构、表面粗糙等优势之外,我们成功将Fe嵌入到氢氧化钴的晶体结构中,从而调控了钴基材料的电子结构。实验结果表明,该材料在1 M KOH中,电流密度达到10 mA cm^-2和100 mA cm^-2的过电位分别为270 mV和350 mV,Tafel为斜率为58.3 mV dec^-1,且能保持恒电压电解10 h的稳定性。Fe原子的引入极大地提升钴基材料的催化性能。