对能源需求的增加以及化石燃料的枯竭加快了低碳、可再生、清洁能源的寻找。氢气,由于其出色的能量密度和高效的转换率被认为是最理想的选择。在工业上氢气通常主要是由煤、石油和天然气制得,但是随之产生的副产品:一氧化碳和二氧化碳,其中二氧化碳将会造成全球变暖。电解水是产生高效、清洁的氢能源的有效化学途径。贵金属化合物显示出最高的催化性能(IrO2/RuO2用于OER,Pt用于HER),但他们材料本身的高成本和稀缺性限制了其广泛的应用。双功能催化剂的使用可以简化制备过程从而降低成本。因此,寻找对OER和HER都有效的双功能纳米催化剂变得非常重要。本论文主要研究了基于钴元素的纳米材料的制备及在全电解水方面的应用。主要包括以下内容:1.通过一步法合成了钛网上自支撑的无定形硒化钴纳米粒子(a-CoSe/Ti)。实验结果表明,所制备的硒化钴纳米粒子均匀分布在钛网上,且厚度达到了10微米。在碱性条件下,该材料表现出较高的析氧和析氢催化活性并展现出很强的稳定性。在电流密度达到10 m A cm-2的时候,对于析氧反应硒化钴纳米粒子电极仅需292mV的过电位,析氢反应仅需121 mV。同时用a-CoSe/Ti在碱性条件下作为双电极体系电解水,电流密度达到10 mA cm-2的时候需要电压1.65 V。这项工作对降低全电解水的应用成本提供了新思路。2.我们第一次报导了在钛片上通过电沉积一步法制备钴掺杂的二硒化镍纳米粒子(Co0.13Ni0.87Se2/Ti)并探究其在碱性电解液中的催化性能。Co0.13Ni0.87Se2/Ti是一个高效、低成本且很稳定的析氧和析氢三维电极。在1.0 M KOH中,Co0.13Ni0.87Se2/Ti在析氢反应中需要64 m V过电势达到电流密度10 mA cm-2,析氧反应中也仅仅只需要320 mV过电势达到电流密度100 mA cm-2。用Co0.13Ni0.87Se2/Ti作为阳极和阴极的两电极碱性水电解,达到电流密度10 mA cm-2仅需要电压1.62 V。3.通过密度泛函理论得知锌元素掺杂磷化钴后其催化性能有很大提升。我们首次报导了通过两步法在钛网基底上合成了锌掺杂的磷化钴纳米片(Zn0.08Co0.92P/TM)。把该材料用作酸性和碱性中的三维产氢催化剂时,Zn0.08Co0.92P/TM在酸性和碱性中表现出高效持久的析氢活性。在碱性两电极体系中,为进一步降低反应所需的过电势,我们向电解液中添加了一定浓度的尿素,实验结果表明在1.0 M KOH与0.5 M尿素的混合液中两电极电解达到10 mA cm-2的电流密度仅需电压1.38 V,比碱性两电极电解水减少了0.26 V。