电解水制氢（H₂）,对环境零污染,制取的H₂纯度高,并且原材料丰富,是一种最理想的制氢方式,也是现阶段获得新洁净氢能源的重要途径。然而,电解水的能量转化效率受到析氧反应（OER）和析氢反应（HER）的限制,相较于HER,涉及多步、四电子转移过程的OER,其动力学行为缓慢且反应位垒更大,已成为现阶段的研究瓶颈。虽然贵金属基RuO₂和IrO₂等催化剂具有最高的OER电催化活性,但储量匮乏和价格昂贵限制了其大规模的应用。因此,探索低成本、高效、稳定且环保的非贵金属OER电催化剂已成为电解水制氢技术研究中的一个关键问题,而且对燃料电池、金属-空气电池的大规模推广应用也有着深远的影响。本论文以获得高效、稳定、廉价的OER电催化剂为目标,围绕如何提高催化剂本征电导率和活性位点数量这一关键问题展开。设计并制备了具有特殊形貌和结构的纳米Co₃O₄基材料,对其形貌、结构及OER电催化性能进行了比较系统的研究,一方面通过诱导缺陷,引入氧空位,提高其催化活性位点数量;另一方面通过构筑异质界面,调控电子结构,较大幅度提高了其OER电催化活性。论文的主要研究内容及所获得的主要研究结果如下:1.采用水热生长和热处理的方法在泡沫镍基底上直接制备了Co₃O₄纳米多孔阵列,该阵列由颗粒状纳米线和纳米片构成。通过控制热处理气氛,调控Co₃O₄中Co²⁺与Co³⁺的原子比例,成功在样品表面引入氧空位缺陷,从而提高了催化剂的活性位点数量,表现出了较好的OER催化性能。在0.1 M KOH电解液中,多孔Co₃O₄纳米结构在电流密度为10 mA/cm²处的过电位为343 mV,Tafel斜率为79.5mV/dec。2.在上一个工作的基础上,采用相同的方法,在泡沫镍基底上制备了Co₃O₄和MnCO₃共生长的、具有多孔纳米仙人掌状结构的电催化剂。经过形貌和结构表征,表明样品形成了Co₃O₄/MnCO₃异质界面。通过调控异质界面的电子结构,获得了较单一化合物样品更为高效的OER催化剂。在1 M KOH电解液中,其在电流密度为10 mA/cm²时仅有273 mV的过电位和62.06 mV/dec的Tafel斜率,并表现出优异的结构和循环稳定性。另外,该催化剂OER性能优于大部分钴基催化材料,为界面工程的组分选择提供了新的思路。