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氢能由于储量丰富、原料易获得和产物无污染等优点被认为是极具前景的清洁能源。电解水制氢法包含两个半反应,即析氧反应（OER）和析氢反应（HER）,该方法依赖于成本低廉、催化活性高的电催化剂以便提高电解水的反应效率。过渡金属化合物因其储量丰富、价格低廉、催化活性良好等优点,在电解水催化剂领域具有广泛的应用前景。然而,单组分过渡金属催化剂在性能提升方面遇到瓶颈。另一方面,传统的粉末过渡金属催化剂需要涂敷在玻碳电极上使用,这会引起电催化剂的死体积、容易聚集等问题,进而导致活性位点减少。因此,单组分粉末过渡金属催化剂性能不足、活性点数目少、稳定性较差等问题亟需解决。基于此,本研究在多种载体上（碳布、泡沫镍）原位合成多元过渡金属化合物,制备自支撑一体化的负载型催化剂。采用溶剂热或水热反应和后续的磷化或氨气处理制备多元过渡金属磷化物、氧化物和氮化物。主要研究内容如下:（1）通过溶剂热法和后续磷化处理,在碳布上原位合成了Ni Fe P二维纳米片（Ni Fe P/CC）自支撑电催化材料。电化学数据表明,Ni Fe P/CC在碱性OER中仅需281m V的过电位就可以达到20 m A cm-2的电流密度,其Tafel斜率仅为74 m V dec-1,低于Ni P/CC(379 m V和136 m V dec-1)、Fe P/CC(388 m V和85 m V dec-1)、Ni Fe O/CC(336m V和81 m V dec-1)、粉末Ni Fe P(350 m V和108 m V dec-1)以及商业的Ru O2(345 m V和105 m V dec-1)。经过连续OER测试50 h后,Ni Fe P/CC电极的电流密度仅表现出小幅下降。XPS数据表明稳定性测试后的Ni Fe P纳米片表面出现了Ni O或Ni OOH。Ni Fe P/CC优异的OER性能得益于Ni Fe P和Ni O或Ni OOH之间的协同作用,碳布载体起到了保护纳米片活性位点的作用,提升了材料的稳定性。（2）利用水热合成法和Ar/NH3后处理,在碳布上原位合成具有独特纳米线/纳米片结构的Fe Co Ni Cu Mn N五元高熵氮化物（Fe Co Ni Cu Mn N/CC）。所制备的Fe Co Ni Cu Mn N/CC可直接作为碱性HER自支撑电极材料。结果表明,Fe Co Ni Cu Mn N/CC达到10 m A cm-2电流密度时的过电位仅为184 m V,其Tafel斜率为113 m V dec-1。相同测试条件下,Fe Co Ni N/CC、Fe Co Ni Cu N/CC、Fe Co Ni Mn N/CC和粉末Fe Co Ni Cu Mn N电极的过电位和Tafel斜率分别为220 m V和147 m V dec-1、252 m V和147 m V dec-1、222m V和213 m V dec-1、500 m V和195 m V dec-1,表明多组分高熵氮化物具有较高的催化性能。连续50 h的HER测试显示,Fe Co Ni Cu Mn N/CC电流密度一直保持在23 m A cm-2左右,表明其具有优异的耐腐蚀性和抗氧化性。多组分高熵氮化物的协同催化有助于提升电催化材料的HER性能。（3）利用水热反应,结合Ar/NH3后处理,在泡沫镍表面原位合成Fe掺杂Ni3N纳米球（Fe-Ni3N/NF）。Fe-Ni3N/NF电极在OER和HER中达到10 m A cm-2电流密度的过电位分别为277 m V和40 m V,Tafel斜率分别为55 m V dec-1和71 m V dec-1。没有Fe掺杂的Ni3N/NF达到10 m A cm-2电流密度时的过电位分别为376 m V和124 m V,其Tafel斜率分别为97 m V dec-1和144 m V dec-1。而另一方面,达到10 m A cm-2时,Ru O2在OER中需要314 m V的过电位,而Pt/C在HER中需要25 m V的过电位。相对于Ni3N/NF,Fe-Ni3N/NF具有更低的过电位和Tafel斜率,这表明第二组分元素掺杂可以有效改变过渡金属氮化物的电子密度,进而降低反应物的吸附能,提升电解水催化性能和效率。由于这个原因,Fe-Ni3N/NF具有优于Ru O2的OER性能并且其HER性能非常接近Pt/C。（4）在原先合成的Fe-Ni3N二维纳米片上生长Ni0.2Mo0.8N纳米片,形成多级结构的自支撑电极材料(Ni0.2Mo0.8N/Fe-Ni3N/NF)。在多级结构中,小尺寸的Ni0.2Mo0.8N纳米片均匀地锚定在Fe-Ni3N纳米片上。Ni0.2Mo0.8N/Fe-Ni3N/NF电极材料在OER和HER反应中分别仅需要266 m V和40 m V过电位就能达到20 m A cm-2电流密度,而对比样Fe-Ni3N/NF、Ni0.2Mo0.8N/NF和粉末Ni0.2Mo0.8N则分别需要292 m V和88 m V、320 m V和48 m V、450 m V和364 m V才能达到20 m A cm-2。此外,贵金属电催化剂的性能也在本章节的实验中被测试,Ru O2在OER中需要328 m V的过电位才能达到20 m A cm-2,而Pt/C达到20 m A cm-2需要40 m V的过电位。电化学数据表明,Ni0.2Mo0.8N/Fe-Ni3N/NF复合催化剂在OER和HER反应中都表现出优异的电催化活性,并且经过50 h的稳定性测试后,其电流密度仅略微降低,显示了优异的电化学稳定性。Ni0.2Mo0.8N/Fe-Ni3N/NF的全解水测试表明其槽电压仅为1.54 V(10 m A cm-2),具有非常好的全解水应用前景。