传统能源的过渡利用对生态环境造成了严重的危害,这促使世界范围内大力发展绿色、清洁的能源以及能源存储技术,为人类日常生产和生活提供持续发展。自21世纪以来,氢气在众多候选能源中受到了人们的重视,被认为是理想的绿色资源,具有很大的应用价值。因此,需要加快制氢产业的发展和氢能的转化利用。在现有的电解水制氢的工艺中应用较多的催化剂为铂系贵金属催化剂。但铂等贵金属的地球存储量低,应用成本很高,不适于工业化的普遍使用。为了减少使用或替代铂系贵金属催化剂,人们开始研发应用于电化学析氢反应的非贵金属催化剂。其中包括,过渡金属（如Fe、Co、Ni和Mo）的磷化物、硫化物、氮化物、硼化物等,这些材料已被证明是很有前途的析氢反应（HER）催化剂。然而,到目前为止,大多数非贵金属催化剂与铂系贵金属催化剂相比,催化活性仍然不是很理想。另一方面,用于不同反应的析氢催化剂在不同pH环境下的催化活性通常是不稳定的,这使得电催化剂应用于实际环境中变得困难。为研发在宽pH范围内具有良好催化活性和稳定性的析氢催化剂,本研究首先通过共沉淀法合成普鲁士蓝前驱体（PB）,后经煅烧进行氮碳掺杂;最终在400℃高温条件下通过掺杂无机非金属原子合成氮掺杂石墨烯包覆的纳米核壳结构过渡金属催化剂。主要工作内容如下:1.合成钴锰双金属磷化物（CoMn-P@NG）析氢催化剂。通过共沉淀法合成钴锰普鲁士蓝化合物,以钴锰普鲁士蓝化合物为前驱体,在600℃条件下煅烧合成氮碳掺杂钴锰双金属核壳结构。之后在Ar氛围中,400℃的高温条件下煅烧进行磷原子掺杂（以次磷酸钠为磷源）。磷掺杂后形成CoMn-P@NG催化剂,其石墨烯层与核心双金属之间形成限域结构,使得CoMn-P@NG具有更高的电子传输速率和良好的导电性能。在HER反应过程中,获得164 m V(10 m A cm-2)的过电位（1 M KOH）,Tafel斜率仅为111 m V dec-1;获得140 m V(10 m A cm-2)的过电位（0.5 M H2SO4）,Tafel斜率仅为65 m V dec-1。材料表现出优异的电化学性能,且外层石墨烯壳的存在使得材料在反应过程中避免了内核金属被酸碱所腐蚀,使得此材料能在宽pH条件下具有良好的反应稳定性。2.合成一种钴铜双金属硼化物（CoCu-B@NG）析氢催化剂。铜在地球上含量丰富,导电性好,与过渡金属钴元素合成导电性良好的双金属前驱体。之后在高温煅烧条件下进行无机硼原子掺杂,由于B原子的电负性小于N和C,成功掺杂后的B原子可取代N、C原子。取代相应的位置后使得发生电化学析氢反应所需的活化能降低,增加能够发生反应的活性位点,使得材料性能得以很大提升。在HER反应过程中,获得171 m V(10 m A cm-2)的过电位,Tafel斜率仅为125 m V dec-1（1 M KOH）;获得164 m V(10 m A cm-2)的过电位,Tafel斜率仅为111 m V dec-1,表现出优异的电化学性能,为电化学析氢催化剂提供了新的选择（0.5 M H2SO4）。3.主要制备一种具有核壳结构的CoZn类普鲁士蓝硫化物,并研究其在析氢（HER）中的应用。首先将钴氰化钾和硫酸锌通过共沉淀合成CoZn化合物,之后在管式炉中600℃条件下退火,得到CoZn@NG。再在管式炉中经400℃条件下,与硫酸钠进行硫掺杂,合成CoZn-S@NG。与硫掺杂之前的CoZn@NG化合物相比,硫元素的加入,使得CoZn-S@NG材料产生较多参与反应的活性位点,促进了中间产物（M-H+）的生成,提高了CoZn-S@NG的HER动力学速率。在HER反应过程中,获得168 m V(10m A cm-2)的过电位,Tafel斜率仅为159 m V dec-1（1 M KOH）;获得167 m V(10m A cm-2)的过电位,Tafel斜率仅为128 m V dec-1（0.5 M H2SO4）。以上三个章节主要通过对双金属核壳异质结构,进行磷、硼、硫非金属原子的掺杂,合成了三种氮碳掺杂石墨烯包覆过渡金属核壳催化剂,解释了碳氮掺杂钴基化合物在析氢过程中的限域效应和催化机理。这类材料具有高稳定性和低内阻损耗,为开发新型析氢催化剂提供了一种新思路,从而推动能源节约型和循环可持续型的进步与发展。