氢气具有高能量密度和可再生性质,因此可以作为传统化石燃料的潜在替代物,而且氢气可以通过操作简便的电还原水制得。但是电解水制氢存在能耗较大的问题,广泛的工业化应用受到限制。因此开发资源广泛、价格低廉、性能优异的非贵金属催化剂是目前研究的热点。基于过渡金属钴基催化剂的诸多问题,本论文将全面深入分析催化剂的结构组成,晶体形貌对于析氢活性的影响,并通过理论计算充分说明相关的反应机理问题。1.核壳纳米颗粒Co₂P@N,P-C负载在多孔碳层的复合纳米催化剂及其析氢性能研究。基于较简便的两步法低温水热碳化（HTC）和高温煅烧,大面积可控合成新颖、高效、全pH的析氢催化剂Co₂P@N,P-C/CG,通过理论计算得到)53(G（H^*）值（0.102 eV）,更接近于0 eV,因此相比较目标催化剂具有最高的析氢反应活性,说明在Co₂P@N,P-C的碳壳上,临近N,P杂原子的C原子是析氢最有效的活性位点,并且Co₂P和N,P杂原子调节了C壳上的电子排布,从而优化了催化剂性能。酸性、碱性和中性条件下,目标催化剂的起始电位为-13 mV、-88 mV和-79 mV,阴极电流密度为10 mA cm^-2时对应的过电势只有45 mV、154 mV和162mV,Tafel斜率为34 mV dec^-1、59 mV dec^-1和79 mV dec^-1。2.水热硫化修饰Co-MOF合成多孔CoS₂/Gs复合催化剂及其析氢性能研究。基于MOF材料具有较大比表面积和孔道结构优点,本工作利用水热硫化处理方法合成了多孔CoS₂负载在石墨烯片层上的复合催化剂CoS₂/Gs。催化剂在酸性条件下展现了优异的HER活性和稳定性,当阴极电流密度为10 mA cm^-2过电势为180 mV,塔菲尔斜率（Tafel）为75 mV dec^-1,交换电流密度达到391μA cm^-2。