通过电解水的方法制备高纯度氢气是目前获得清洁可再生能源的有效途径之一。IrO2、Ru O2和Pt等铂族贵金属材料具备优良的电催化分解水活性,但是高昂的价格和稀有的储量很大程度阻碍了这些电催化材料的大规模工业化应用。因此,拥有丰富电子轨道和多变价态的过渡金属材料成为当前电催化领域的研究热点,其纳米化材料如氧化(氢氧化)物、硫化物、磷化物及合金材料等均表现出色的催化析氧(OER)、析氢(HER)甚至全水分解活性。本文主要围绕廉价过渡金属Cu,以泡沫铜或铜箔为基底和铜源,设计、合成一系列铜基纳米阵列材料,通过表面修饰、形貌调整、界面调控等方法对铜基材料进行优化并将其应用在电催化分解水中,本论文工作也为铜基纳米催化剂在其它催化领域的应用提供新的思路。本论文的主要工作如下:第一章:关于本论文研究内容的简短综述。主要介绍了电催化水分解的评估参数、水分解两个半反应的机理、Cu基电催化剂在电催化水分解中的应用和研究进展和论文选题依据。第二章:通过简单的控制电位电解法在CuO纳米棒前驱体表面修饰一层NiFe-LDH。通过改变电解时间来调节CuO表面NiFe-LDH的负载量,改变溶液中Ni和Fe的比例来调节NiFe-LDH中Ni和Fe的摩尔比,由此得到优化的NiFe-LDH/CuO NRs并应用在OER。NiFe-LDH/CuO NRs在1 M KOH中电流密度为50 mV cm-2时所需过电位为290mV,Tafel斜率为60 mV dec-1,可持续电解至少35 h,催化活性明显优于单一的CuO和NiFe-LDH催化剂。第三章:采用循环伏安扫描(CV)法在CuO表面电镀一层CoP,得到由微米花和纳米棒相互交错的三维多层级形貌的CuO-FR@CoP。通过改变CV圈数和醋酸缓冲溶液中Co(CH3COO)2和Na H2PO2的摩尔比来优化得到的CuO-FR@CoP电极。在碱性体系OER中,CuO-FR@CoP在电流密度为50 mV cm-2时所需过电位为290 mV,可持续电解至少30 h,法拉第效率为98%,催化效果相比于未用CoP修饰CuO有显著提高。第四章:依次通过低温水热和热分解反应,得到了在CuOx纳米棒一级阵列表面生长一层Co3O4二级纳米棒阵列的三维多层级形貌的核-壳结构CuOx@Co3O4 NRs。该电极在1 M KOH中同时表现出出色的OER和HER电催化活性,电流密度为50 mV cm-2时HER和OER所需的过电位分别为242和240 mV,Tafel斜率分别为61和46 mV dec-1,能够持续24 h产生H2或O2.该电极出色的双功能催化活性主要归因于其独特三维形貌提供的高电极表面积和丰富的催化活性位点以及CuOx核与Co3O4之间的强协同效应。第五章:在室温下将Cu(OH)2 NRs@Co2CO3(OH)2前驱体硫化,得到由CoS纳米片阵列包裹在Cu2S纳米棒表面的核-壳结构Cu2S NRs@CoS电极并将其用作双功能催化剂应用在电催化分解水中。在OER中,Cu2S NRs@CoS在1 M KOH溶液中电流密度达到50 mV cm-2时需要的过电位为275 mV,Tafel斜率为54 mV dec-1,相同条件下HER所需的过电位为235 mV,电催化活性明显优于单独的Cu2S和CoS。采用的原位合成法、Cu2S/CoS界面间的协同效应以及三维多层级形貌是有效提高电极的催化活性的主要原因。第六章:对本论文的工作进行总结,并提出铜基电催化材料在电解水领域中的不足和展望。