随着工业化革命以来,化石能源的采集及利用已无法跟上科技的进步、社会的发展。在当今社会,立足之本即为能源,而其亦是遏制科技革新的重难点之一。为了缓解能源危机及环境污染等问题,提高能源利用效率,寻找清洁、可持续发展的替代能源已成为当今科研工作者的首要工作之一。气体析出反应作为电化学工业的基础之一,故而对其的细致研究就显得尤为重要。纳米阵列电极不仅可以展现出优异的电化学性能,更因其超疏气的结构特性,有利于改善析气反应中的传质行为,故已成为析气反应催化剂的研究热点。目前虽然科学家成功实现电催化剂本征性能的大幅度提高,但对电极表面结构和浸润性对气泡生长行为影响的研究相当有限,缺少精准的动力学模型。本论文通过构筑一系列形貌差异的纳米结构电极及浸润性差异的电极,研究气泡在结构化电极表面的生长行为及对应的电化学性能,构建并分析了气泡生长的动力学模型和原因,进一步理解浸润性对气泡生长的影响以及纳米阵列电极优于其他电极的本质。据此,进行结构化设计以获得更加高效率的电极,提高气体析出的电催化反应的能量利用率。本论文的具体研究内容概述如下。调整实验方法,确定最佳的铂纳米阵列电极制备方法。通过接触角以及气泡粘附力测试,发现松针状铂纳米阵列、铂纳米球和铂平面电极都表现出亲水性,但其中松针状纳米阵列具有最小的气泡粘附力(约为4μN),具有超亲水性,从而可以实现气泡小尺寸且快速的脱离,使其在电化学性能上要优于其他结构电极。通过对电极上析出的单个宏观气泡半径和时间之间的关系曲线进行拟合,发现其可用R(t)=βtx形式的数学方程高度拟合。这三种亲水电极的半径时间因子都略大于0.5,同时V-t时间因子大小约为R-t时间因子的3倍。制备出具有一系列亲疏水梯度差异的纳米铂阵列电极。进行电化学析氢性能测试,发现随着疏水化处理中PTFE浓度的提高,电极疏水性增加,电化学析氢性能下降,同时气泡脱离时带来更大的电流扰动。对于疏水化电极进行恒电位下单个气泡生长行为的观测发现,随着电极的逐渐趋疏水化,R-t时间因子减小。以三种不同表面相貌的铂电极——铂纳米阵列、纳米多孔铂以及平整铂电极针对铂电极表面的气泡行为进行研究。实验显示平整电极的时间平方根与气泡半径之间存在线性关系,表明在水溶液中电极/电解质界面附近的电解质存在溶解气体浓度梯度时,气泡在固体界面上的行为主要受到扩散控制。研究证实气泡生长曲线拟合方程的时间因子数值大小存在如下关系:铂纳米阵列>铂平面>纳米多孔铂。研究提出一种新的基于过饱和氢组分质量传递气泡生长模型,并利用该模型对χR的数值进行了有效分析。