氢（H2）具有较高的能量密度,且产物清洁,无碳排放,有望成为构建现代能源体系的主要清洁可再生能源。由可再生能源衍生的电力驱动电解制氢技术被确定为未来实现绿色氢能经济的关键技术。然而,受制于阳极析氧反应（OER）及阴极析氢反应（HER）较为缓慢的动力学和较高的反应过电势,电解水制氢需要较高的电能消耗,如何降低电解制氢能耗是普及电解制氢技术的关键科学问题。使用高效的电解水催化剂可以加快反应动力学速率并降低反应过电势,成为研究者关注的热点。目前电解水催化剂以贵金属为主,即Pt基催化剂（阴极）和Ir/Ru基催化剂（阳极）,但其储量少、成本昂贵及能源转化效率较低等问题限制了电解水制氢的工业化推广应用。开发低成本、高性能并且持续稳定的电解水催化剂,是推动电解水制氢技术工业化发展亟需解决的关键问题。近年来,低成本的过渡金属催化剂表现出良好的催化活性和稳定性,已被广泛应用于电解水催化反应中。然而过渡金属催化剂在实际应用中仍存在一些问题,如碱性条件下H2O分子的解离能较大、活性H的吸附较强、OER反应动力学缓慢、反应机理不明确、双功能催化活性较差等。基于此,本文以优化材料电子结构为导向,通过异质界面构筑的改性策略,对材料的导电性、活性位点密度、表面电子结构、反应中间体的吸附状态等进行优化,并结合材料的表征分析、性能测试和理论计算结果,对材料结构和性能之间的关系进行总结与阐述,探究异质界面间相互作用对材料性能的增效机制,获得具有较高催化活性和优异稳定性的电解水催化剂,为开发低成本、高效、稳定、适用于工业电解槽的异质界面电解水催化剂提供实验基础和理论依据。本文主要研究内容和结果如下:（1）异质界面调控吸附/脱附状态:金属/金属氧化物异质界面间的相互作用可以增强界面间的电荷转移,优化活性位点的电子结构,进而调节反应中间体在催化剂表面的吸附与脱附状态,提高反应动力学速率。基于此,本章工作通过构建贵金属Pd纳米颗粒与过渡金属氧化物CeO2间的异质界面,探究Pd与CeO2界面间相互作用对于材料OER反应催化活性的影响机制。结果表明,Pd与CeO2-C间的界面相互作用可以有效提高Pd的分散度和利用率,促进OER反应过程中含氧物种的吸附与激活,优化其吸附/脱附平衡,进而提高OER的反应速率和本征催化活性。所合成的Pd-CeO2-C催化剂在碱性条件下表现出了优秀的OER催化性能,10 mA cm-2电流密度处的过电势为329 mV,Tafel斜率为47mV dec-1,并具有出色的OER反应稳定性。（2）异质界面调控反应势垒:半导体/导体异质界面间的相互作用能够对材料电子结构进行调控,促进OER反应中间体的吸附/脱附平衡,降低OER控速步骤的反应势垒,进而提高材料OER催化活性。基于此,本章工作采用界面工程策略,构建FeNi双金属氢氧化物（FeNi-LDH）与二维过渡金属碳化物碳化钒（V2C MXene）之间的异质界面,探究MXene对LDH电子结构的影响,揭示其异质界面相互作用对OER反应的增效机制。结果表明,FeNi-LDH与V2C界面之间强烈的电子耦合效应可以提高材料的导电性和电子转移效率,优化LDH表面局域电子结构,降低d带中心,促进OER反应中间体的吸附/脱附平衡,并且可以降低OER反应过程中控速步骤的反应势垒,进而有效提高材料在OER反应中的催化活性和反应速率。所合成的H2PO2-/FeNi-LDH-V2C催化剂具有优异的碱性OER催化性能,10 mA cm-2电流密度时的过电势为250 mV,Tafel斜率为46.5 mV dec-1,反应稳定性良好。HER是电解水过程中另一个重要的半反应。通过半导体/导体异质界面效应对材料电子结构进行调控,降低水分子在材料表面的解离能势垒并优化活性H的吸附状态,也是提高材料HER性能的有效方法。基于此,本章工作采用界面工程策略构建了 Co掺杂1T相二硫化钼（Mos2）与V2C MXene间的异质界面结构,探究Co的掺杂及V2C异质界面耦合对于MoS2材料HER催化活性的影响机制。结果表明,Co掺杂及V2C异质界面耦合的协同作用可以促进材料表面电子重构,提高其导电性,降低水分子在催化剂表面的解离能势垒和活性H的吸附自由能,提高HER反应的催化活性。制备的Co-MoS2/V2C@CC材料在碱性电解质中表现出高效的析氢活性,在10 mA cm-2电流密度时过电势为70.1 mV,在296 mV时能够达到1000 mA cm-2的电流密度,超过了商用Pt/C催化剂。此外,该催化剂在两电极体系下的肼辅助还原产氢性能也十分优异,仅需0.33 V的池电压即可达到10 mA cm-2的电流密度,相比于传统电解水反应池电压减小了1.4 V。（3）异质界面调控协同催化效应:异质结构多组分界面间的协同作用可以促进界面间的电荷转移,优化电子结构,充分发挥多组分材料的理化特性和协同催化能力,进而有效提高复合材料的多功能催化活性。基于此,在（1）和（2）的研究基础上,本章工作构建了 CoP2和Mo4P3之间的异质结构,通过异质界面间的协同效应,提高复合材料的HER/OER双功能催化活性,并应用于大电流全解水电解池中。实验结果表明,CoP2与Mo4P3异质界面间的协同效应可以提高复合材料的电化学活性面积,降低表面电荷转移阻抗,同时优化活性位点的电子结构,降低对H的吸附,提高氧化还原能力,进而提高复合材料的双功能本征催化活性。合成的CoP2-Mo4P3/NF材料具有优异的HER/OER双功能催化活性,在100 mA cm-2电流密度下的过电势分别为77.6 mV（HER）和300.3 mV（OER）。其全解水性能同样十分优异,池电压为1.59 V和1.80 V时即可达到100和500 mA cm-2的电流密度,满足工业电解水中大电流密度、持续稳定的要求。