氢气具有清洁、分子质量小、能量密度高等优点,被认为是替代传统化石燃料体系的理想无碳能源。电催化分解水是产生氢气的有效途径之一,贵金属（如Pt、Pd）和贵金属氧化物（如IrO₂、RuO₂）是优异的析氢反应和析氧反应催化剂,但其高成本限制了其在电解水中的广泛应用。开发较低成本的兼具析氢、析氧功能过渡金属基催化剂引起了人们极大的研究兴趣,然而目前过渡金属基催化剂仍存在析氢过电位高、稳定性差、析氢/析氧反应活性不匹配、能量转换效率低等问题。本论文基于钴基化合物良好的析氧催化活性和钼基化合物优异析氢催化活性的优点,以水热合成的碳布表面钼酸钴（CoMoO₄）纳米片阵列为前驱体,通过原位相分离/碳化/硒化等方法,合成了一系列兼具析氢和析氧双功能催化性能的钼/钴基异质结构催化材料,研究了界面协同效应在全水分解中的调节作用,揭示了微观结构与催化性能之间的“构效关系”。通过优化界面,实现了低能耗全水分解过程。为开发低成本、高活性、高稳定性的非贵金属双功能催化剂提供新的思路。论文的主要研究内容如下:（1）通过构建金属/氧化物界面,提高电催化材料的本征催化活性和导电性,实现析氢析氧过电位的降低,揭示过渡金属/氧化物界面对析氢析氧反应的调节作用机制。以CoMoO₄纳米片阵列作为前驱体,在Ar/H₂还原气氛中热处理相分离得到Co颗粒偏析在MoO₂纳米片表面。该复合结构在碱性溶液中,10 mA cm^-2的电流密度下,实现析氢反应所需过电位为178mV,析氧反应所需过电位为318mV。此外,在施加1.72 V电压下,就可驱动全水分解反应。良好的催化性能是由于Co/MoO₂界面处电子转移从Co转向MoO₂,使其Co表面富集正电荷,同时导致界面处Co颗粒对氧物种或者吸附氢的吸附能力减弱,从而增强其析氢析氧活性。而MoO₂作为Co的分散剂,有利于Co颗粒的分散进而阻止Co颗粒循环后聚集,同时也作为水吸附位点,进一步促进了水的解离和氢的生成。（2）在金属颗粒调节界面析氢析氧催化过程的基础上,通过改变热还原气氛,构筑具有高导电特性的碳化物与金属颗粒的复合结构,实现高稳定性的非贵金属的制备,进一步揭示界面与催化活性之间的“构-效关系”。将CoMoO₄纳米片阵列在CO中进行热还原,构建了碳包覆Mo₂C/Co纳米阵列。C@Mo₂C/Co复合结构,在电流密度10 mA cm^-2下,所需析氢和析氧过电位分别为145mV和280mV,全水分解电压仅为1.67V,恒电流12 h后电压仅增长了1%。在此界面中,电子从金属Co颗粒转移到Mo₂C,导致高价态Co和低价态Mo位点的形成,并分别作为OER和HER催化活性中心,协同促进水的分解。而碳包覆结构的设计使Mo₂C/Co具有更好的循环稳定性。（3）在上述界面电子耦合作用促进电解水反应的基础上,构建了双硒化物电催化剂。以CoMoO₄纳米片阵列和硒粉为前驱物,在Ar/H₂气氛中热处理,同时进行原位硒化反应,获得了CoSe₂纳米颗粒分散在MoSe₂纳米片的复合材料。在碱性溶液中,实现10 mA cm^-2的电流密度,析氢过电位仅需90 mV,析氧过电位为280 mV,全水分解电压仅为1.63V。在CoSe₂/MoSe₂界面处,电子从类金属特性的CoSe₂转移到MoSe₂,提升了MoSe₂析氢活性,同时提升了作为析氧活性中心CoSe₂的催化活性,促进了全水分解过程。（4）结合上述界面电子转移调节表面活性位点催化活性的策略,优化材料的组成和结构实现界面处电子快速转移和活性物质快速脱吸附动力学过程,进一步揭示界面特性与催化性能的关系,提高电解水的效率。以Co/MoO₂为前驱体通过先碳化后硒化构建了碳包覆的CoSe₂/Mo₂C纳米阵列（C@CoSe₂/Mo₂C）。高催化活性的Mo₂C促进Volmer反应,加速了水的分解,具有较低的氢吸附吉布斯能CoSe₂加速了Heyrowsky/Tafel反应,同时CoSe₂作为析氧活性中心,共同促进了析氧和析氢反应动力学过程。在电流密度为10 mA cm^-2下,全水解电压为1.62 V,恒电流12 h后电压仅增长了1.6%。