由于潜在的巨大能源危机和不得不面对的环境问题,使得寻找可再生能源成为炙手可热的焦点,迫切需要寻找绿色、清洁、简便、廉价和可持续的新型能源来供应人类文明的发展。氢能是最引人瞩目的高效环保能源,而电解水制氢更是其中的重中之重。目前,析氧反应领域的RuO2或IrO2基催化剂和析氢反应领域的Pt基贵金属催化剂具有最优异的性能,但是贵金属的地壳储量低、成本高、容易衰减难且以在大电流密度下应用等缺点限制了实际应用。研究者们致力于解决应用氢能的各类问题,其中的一项挑战在于寻找高效、稳定和廉价的水裂解电催化剂,这具有重大的研究意义。许多研究表明层状双金属氢氧化物(LDHs)具有层板离子可变、层间阴离子可交换和能提供较大的反应表面等优点,因此能表现出优秀的析氧反应(OER)性能和析氢反应(HER)性能。过渡金属层状双金属氢氧氧化物(Co、Ni、Fe、Mn、V等)已被广泛研究,由于镍具有多种氧化价态且能降低水裂解反应的反应壁垒使得镍基双金属氢氧化物被研究者重点关注。本研究探究了镍锌层状双金属氢氧化物以及其衍生物的电催化性能,我们使用不同溶剂进行表面结构调控和以它为前驱体进行磷化和硫化设计更高效的电催化剂。本文设计合成出 Ni(Ⅱ,Ⅲ)Zn-LDH/NF-nm 和 Zn-Ni3S2/NF-np两种水裂解电催化剂,并深入讨论了催化剂的表面结构,探究形成机理和材料与性能之间的关系。本论文的主要研究结论包括以下两部分:(1)用甲醇做为结构调控剂,经过一步水热制备了 Ni3+掺杂的超薄NiZn-LDH 纳米网(Ni(Ⅱ,Ⅲ)Zn-LDH/NF-nm)。讨论了 Ni(Ⅱ,Ⅲ)Zn-LDH/NF-nm的形成机理。对OER和HER测试后的样品也进行了物相,结构,结晶性和表面化学价态的探究,结果表明OER后的物相发生变化,且部分锌离子脱出形成缺陷和材料对降低OER反应势垒有突出的贡献。Ni(Ⅱ,Ⅲ)Zn-LDH/NF-nm分别驱动100和500 mA cm-2的大电流密度时具有相对较低的320和370 mV的过电势,远远优于RuO2/NF。同时,用Ni(Ⅱ,Ⅲ)Zn-LDH/NF-nm样品分别作为阴极和阳极组装了全解水的电解槽,它表现出出色的催化活性和稳定性。(2)以Ni(Ⅱ,Ⅲ)Zn-LDH/NF-nm材料为前驱体,采用溶剂热方法合成出Zn掺杂富缺陷的珊瑚花状Ni3S2材料(Zn-Ni3S2/NF-np)。在溶剂热过程中,硫代乙酰胺不断释放SH-离子使得部分Zn的浸出,该材料不仅具有前驱体的纳米孔结构,同时又拥有新的缺陷活性位点。材料具有大量缺陷结构和纳米孔结构提升了本征活性,增大了电化学活性表面积大和更快的电荷传输,因此表现出优异的HER性能和OER性能。该材料用作电催化产氢电极时,它可以在较小的过电位(145 mV、235mV和290 mV)下驱动较大的电流密度(100 mA cm-2、500 mA cm-2和1000 mA cm-2),同时可以在过电势为-1.3 V下至少稳定工作60 h。用作电催化产氧电极时,它仅需0.34 mV和0.4 mV的过电势就可以分别驱动100和500 mA cm-2以及在0.5 V电势下稳定使用70 h。