电解水制氢由于其绿色、可持续、高效等优点,受到了科研工作者的青睐。开发高性能催化剂是实现高效率水分解的重要途径,尤其是对动力学缓慢的阳极析氧反应（OER）。目前,贵金属基材料被认为是最有效的电催化剂,其中Ru O2和Ir O2是OER催化剂,Pt为析氢反应（HER）催化剂,但其高昂的价格和稀缺性限制了电解水系统的大规模使用。过渡金属基材料如过渡金属氢氧化物、硒化物和硫化物等由于其廉价丰富、活性位点高度分散、独特的d轨道等特点,在长时间的电催化反应中仍可保持良好的电化学与机械稳定性以及优异的电催化性能,在电催化领域表现出巨大的发展潜力。过渡金属基材料中,镍基材料对中间体具有最佳的吸附适应性,镍基氢氧化物更是碱性环境中心性能最优异的OER电催化剂之一。本论文针对电催化水分解,设计并合成了一系列镍基过渡金属氢氧化物及其衍生材料的电催化剂。通过调控材料各组分的结构、形貌等方面,实现了催化剂材料在HER和OER中催化性能的强化。具体研究内容如下:（1）通过水热法与煅烧法相结合的策略,在管式炉中用硒粉对原位生长在泡沫镍上的Ni（OH）2进行硒化,制备了富含Ni Se2和Ni3Se4相边界的双相硒化镍（Ni Se2/Ni3Se4/NF）电催化剂。实验结果表明,具有较高价态Ni(Ni3+)和含有较多Ni3Se4相的催化剂可促进OER,而较低价态Ni(Ni2+)和含有较多Ni Se2相的催化剂可促进HER。对于HER,在1.0 mol L-1KOH中,Ni Se2/Ni3Se4/NF-4催化剂在100 m A cm-2电流密度下的过电位为228 m V,Tafel斜率为69.7 m V dec-1。对于OER,Ni Se2/Ni3Se4/NF-1催化剂在100 m A cm-2电流密度下的过电位为309 m V,Tafel斜率为104.3 m V dec-1。分别以Ni Se2/Ni3Se4/NF-1和Ni Se2/Ni3Se4/NF-4为阳极和阴极组装的电解槽仅需1.56 V的电压就能达到10 m A cm-2的电流密度,并表现出了良好的耐久性。实验和密度泛函理论（DFT）计算表明,在双相催化剂中,负电荷增加的Ni Se2可以加速氢自由基（H*）的吸附,正电荷增加的Ni3Se4可以促进氢氧根离子（OH-）和含氧中间体（OH*,O*和OOH*）的吸附。界面电荷转移也证实了含有较多Ni Se2相的Ni Se2/Ni3Se4/NF-4具有更好的HER活性,含有较多Ni3Se4相的Ni Se2/Ni3Se4/NF-1具有更好的OER活性。该研究为高催化活性的双相电催化剂的研发提供了一种新思路。（2）通过控制水热反应时间对泡沫镍上原位生长的镍铁层状双金属氢氧化物进行硫化,制备了不同硫化程度的镍铁层状双金属氢氧化物/镍铁硫化物的异质结构（Ni2Fe-LDH/Fe Ni2S4/NF）催化剂,该催化剂的界面富含丰富的相界面。在1.0mol L-1KOH溶液中,由于Ni2Fe-LDH与Fe Ni2S4之间的协同作用,Ni2Fe-LDH/Fe Ni2S4/NF催化剂表现出了优异的OER性能,DFT计算也证明该异质结构具有比单相更小的吉布斯自由能和电导率。在100 m A cm-2的电流密度下催化剂的过电位仅为240 m V,且Tafel斜率仅有29.2 m V dec-1。在OER测试过程中,催化剂表面的金属硫化物相不断转化为硫酸盐层,使催化剂在含氯电解质中表现出了优异的OER活性和耐腐蚀性。在1.0 mol L-1KOH和0.5 mol L-1Na Cl的混合电解质中,CV测试后的Ni2Fe-LDH/Fe Ni2S4/NF催化剂仅需250 m V的过电位就可以达到100m A cm-2的电流密度,在碱性海水电解液中,在100 m A cm-2电流密度下只需271 m V的过电位,优于绝大多数过渡金属催化剂在碱性盐溶液中的OER催化性能。后催化剂的硫酸盐钝化层因为可以有效的排斥盐水溶液中的氯离子,因此作为阳极材料具有优异的耐腐蚀性。