清洁氢能源的广泛使用产生了巨大的氢气需求,在众多制氢方法中电催化制氢由于其原料存量丰富,制氢过程无污染等优点得到了广泛研究。然而铂等高催化活性贵金属因其高成本,低储量限制了其大规模的应用。因此要利用有效的手段进行改性提升非贵金属催化剂的活性,现有的改性催化剂的手段主要有:通过不同催化剂材料间的复合协同提升催化剂的析氢性能;控制催化剂的形貌暴露活性位点。但以上方法都没有改善催化剂的本征活性,而缺陷工程可有效优化电子结构创造活性位点,提升催化剂本征活性。因此为了进一步提升催化剂本征活性,有必要结合多种类型缺陷高效提升活性位点数目。基于缺陷工程的方法,利用氮掺杂缺陷开展了本论文的研究工作。主要分为以下两个工作:第二章工作,我们展示了通过氮掺杂结合湿化学KOH蚀刻,将氮掺杂缺陷和无序结构缺陷组装到石墨烯的sp~2碳层中,从而实现双缺陷石墨烯基材料,用作高效的析氢催化剂。在我们的实验方案中,高浓度KOH溶液会导致氮掺杂石墨烯材料上出现大量无序结构。此外,湿化学刻蚀选择性地保留了异质氮原子,这为实现双缺陷结构创造了可行的途径。更重要的是,这种双缺陷石墨烯在单缺陷石墨烯基材料基础上显著增强了HER的活性。我们进一步揭示了双缺陷石墨烯的活性源自于其丰富的活性位点。这项工作为提高此类无金属催化剂的电催化活性提供了新的思路,并有望在能源电催化领域有良好的应用前景。第三章工作,我们首次将氮原子引入了非化学计量比的Co1-xS中,氮掺杂缺陷工程不仅可以激活临近Co位点并且造成钴空位缺陷。以Co3O4阵列为模板,合成了负载在碳布上的氮掺杂Co1-xS阵列来高效的暴露活性位点。细节分析表明氮掺杂在Co1-xS中引入了丰富的钴空位提升了HER性能。氮掺杂含量的控制通过调节反应时间实现,反应时间越长氮含量越高,但过长的反应时间会对阵列结构产生破坏,因此在14 h反应时间下合成的氮掺杂Co1-xS拥有最佳的HER性能,在10 m A/cm~2时过电位低至-98 m V。本工作为提升非化学计量比的硫化钴的本征活性提供了新的思路。