随着环境问题的加剧和人们对化石能源依赖的日益增加,寻找一种清洁、高效、可持续的能源替代品显得尤为重要。氢能由于其比热值高、环境友好等特点,被认为是一种非常有前景的能源载体。在氢能产业链中,上游产业可通过电解水制得的高纯氢气经储运到达下游氢气的使用端,如氢燃料电池,达到氢能产业链的闭环。然而在制氢和用氢过程中,由于反应能垒高、反应速度缓慢等因素,常需采用催化剂加速该过程。目前,贵金属催化剂在氢燃料电池和电解水制氢中均表现出了优异的催化性能,但氢能的产业发展却严重受制于贵金属高昂的价格。因此,设计和合成具有优异性能的非贵金属基催化剂对氢经济的发展具有深远意义。本文利用沸石咪唑酯骨架材料的结构易调控、高比表面积、氮元素含量丰富以及对碱性水具有高耐受性的特点,制备了一系列Co-ZIFs基电催化材料。在ZIFs材料合成与调控方面,利用ZIFs材料的可调控性和可设计性,探究了反应物浓度、反应温度、反应时间和添加次序及表面活性剂等因素对ZIFs的成核、生长及最终形貌结构的影响,并在此基础上制备了一系列结构可控、尺寸均一、不同形貌结构的Co-ZIFs前体材料;其次,针对已合成的ZIF材料,通过含N配体表面工程策略进行活性位点保护制备了稳固的配位环境,使得其在随后的热处理中表现出优异的结构稳定性,有效避免了热处理时纳米颗粒的生长和团聚。最后,针对热处理过程的繁琐性,利用金属离子弱路易斯酸性对已合成的ZIFs材料进行刻蚀形成了大量不饱和配位的活性位点,开发了一种非热处理ZIFs基催化剂策略,有效避免了ZIFs材料热解时结构坍塌和活性位点有限的问题。随后以多孔的Co-ZIFs材料为前体,以方法优化、结构调控、活性位点纳米化、单原子化为目标,针对提高催化剂的活性制备了一系列高性能的Co-ZIFs基电催化剂;在方法优化方面,开发了一种一步磷化ZIFs材料制备多掺杂多孔碳负载磷化物纳米催化剂的策略,并对磷化机理做了分析与研究。在结构调控方面,利用含氮配体表面修饰策略极大提高了纳米催化剂的分散性,限制了纳米颗粒的尺寸生长,并对过渡金属磷化物的活性位点做了分析与验证。在此基础上,进一步优化合成方法,活性位点进一步纳米化,开发了不用热处理,利用弱路易斯酸性的金属离子刻蚀ZIFs制备了富含开放金属位点的高效Co-ZIF电催化剂,表现出优异的催化性能。本论文主要结论可归为以下几点:（1）探索了ZIFs材料合成时形成规则的形貌及均匀尺寸的影响因素,掌握了ZIFs材料合成的最佳条件,并开发了一种室温下快速合成尺寸均一、形貌规则、方法简单的立方体形貌Co-ZIF方法。在此基础上,通过采用这种高比表面积、富含N元素的ZIF-67材料为前驱体,利用红磷一步磷化策略构建了N、P和Co杂原子多掺杂碳负载磷化钴纳米颗粒（Co2P/Co NPC）的高效电催化剂策略。优化后的Co2P/Co NPC大的比表面积、丰富的孔结构、高比例的介孔有利于活性位点充分暴露于电催化过程中;此外,Co2P颗粒与N、P和Co多杂原子掺杂的碳基体之间的协同效应使Co2P/Co NPC具有优异的HER,OER和ORR催化活性,并在碱性电解水装置和可逆锌空电池装置中表现出优异的性能。通过第一性原理计算进一步解释了磷化钴催化剂作为活性物质的高活性的原因,磷原子作为吸电子集团,使得Co表面电子向P原子偏移,改善了Co原子对反应物的吸附强度,而且磷化钴费米能级附近具有更高的态密度使得其具有更多的电子可以参与反应,因而表现出更优异的催化性能。（2）通过微波水热反应时表面活性剂导向作用成功合成了一维棒状ZIF-9材料,并对反应物浓度、表面活性剂及金属离子电离程度对棒状ZIF合成的影响做了探究。在此基础上,利用富含N的有机配体和棒状ZIF-9表面的Co之间的配位作用进行表面修饰保护,成功在棒状ZIF-9表面形成保护层,并采用第三章中一步磷化方法合成了由均匀嵌入一维碳棒中的高密度Co2P/Co P纳米粒子组成的磷化钴电催化剂。其中,本章中用的表面工程策略对常见的含N配体均表现出普适性,第一性原理计算在理论上发现,对ZIF-9中的苯并咪唑和三聚氰胺之间的热力学分析后,由三聚氰胺修饰ZIF-9的表面工程不仅可以发生在表面配位不饱和的Co位点,而且在配位饱和的Co位点也会发生部分的配体交换过程。这种配体保护策略明显改善了原ZIF-9较差的热稳定性,在随后的高温下与红磷反应获得了具有高密度的CoxP纳米颗粒,结合电荷/质量良好传输的一维结构特点,使其具备了出色的OER电催化活性,甚至可与商业Ru O2相媲美。通过对OER测试后的CoxP/NC催化剂进行表征发现并验证了TMPs在OER测试中表面会发生部分氧化而形成TMP@TM-OOH结构作为活性位催化OER反应;这种涉及ZIFs的可扩展策略的表面工程代表了在水电解槽应用中合成高效OER电催化剂的突破。（3）报道了一种采用弱路易斯酸性的过渡金属离子刻蚀ZIFs制备含有大量开放金属位点（OMSs）的非碳化ZIFs电催化剂的策略。在一维棒状ZIF-9结构基础上,通过改变金属盐的类型,金属盐的浓度及反应溶剂类型等条件可控的制备了螺纹结构的ZIF-OMSs电催化剂;ZIF表面骄傲开放金属位点的形成主要是由于溶液中金属离子和ZIF表面的配体作用,破坏掉原Co-N配位键使得配体溶解脱落造成的。这种用于制造OMSs的配位键解离策略也显示出对常见过渡金属(例如Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+和Zn2+)的普遍应用,且过渡金属离子和含N配体间作用强弱收到离子半径和第二电离能强弱影响。经过优化通过Co2+离子蚀刻制备的ZIF-OMSs材料表现出优异的OER活性和在碱性电解液中的超强的耐久性能,在OER测试后对催化材料进行分析推测,开放金属位点在氧析出过程中会逐步发生氧化形成Co OOH活性位点,结合一维棒状结构带来的快速电荷转移能力,使得其在OER反应中表现出优异的性能,为ZIFs基电催化剂的研究提供了依据。