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众所周知,随着经济的快速发展,能源需求量与日俱增。氢能源具有能量密度高、无污染等特性,是公认的未来最具有潜力的清洁能源,符合可持续发展的绿色新能源理念。在众多制氢技术中,电解水制氢具有制备简单、过程绿色、产物纯度高等优点,主要包括阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER）。在实际制氢过程中,由于过电位的存在,需要在两电极间施加的电压远高于1.23 V的理论值,长时间、大规模的电解反应会消耗巨大的电能。然而,高效的催化剂可以提高电解水效率、降低过电位,减少耗电成本。因此,寻找高效稳定、成本低廉的电催化剂是发展电解水产氢技术的必备条件。铁系金属（Fe、Co、Ni）化合物具有独特的电子结构、优良的导电性,在电催化领域表现出优异的性能,逐渐引起了众多关注。本论文以铁系金属化合物微纳结构为研究对象,通过利用形貌调控、掺杂异质元素、多金属协同、构建异质界面、耦合导电基底等策略,来构筑高活性和高稳定性的析氢、析氧电催化剂。具体内容如下:设计了一种简单的两步策略,成功地制备了管状铁酸盐MFe2O4（M=Fe、Co、Ni）微结构。首先利用Mn O2纳米线和Fe2+作为牺牲模板和金属源,乙二醇和水为混合溶剂,120°C下加热回流4 h获得Fe OOH管状微结构前驱体;再将所得前驱体与不同的金属盐(M2+)在200°C下,溶剂热反应12 h制备出管状的MFe2O4微结构。所制备的MFe2O4可以用作电化学析氢、析氧反应的催化剂,在1.0 M KOH溶液中,仅需-201～-359 m V或340～432 m V的过电位,即可获得-10/+10 m A cm-2的HER/OER电流密度。其中,Ni Fe2O4具有最好的HER和OER电催化性能,并且持续催化HER/OER反应50 h,过电位没有明显的改变。上述优良的电催化性能归因于Ni Fe2O4拥有最大的BET比表面积、电化学活性面积ECSA和最小的电荷转移电阻Rct。此外,用Ni Fe2O4同时作为全水分解的阳、阴极电催化剂时,在1.0 M KOH溶液中,仅需要1.78 V的电池电压即可获得10 m A cm-2的电流密度。利用MoO3微米棒为自牺牲模板,硝酸钴和硫酸亚铁为金属源,2-甲基咪唑为配位试剂,硫代乙酰胺为S2-源,通过多步合成路线,成功合成了Fe掺杂的中空管状Co-Mo-S异质结构。电催化性能研究显示,在1.0 M KOH溶液中,所获得的Fe掺杂Co-Mo-S同时展现出高效的电催化析氢和析氧活性,并表现出良好的耐受性。上述优秀的催化性能不仅源于微量Fe的掺入提高了催化剂导电性和催化活性,也得益于Co-S和Mo-S之间相互作用形成的异质结界面。因为界面处存在许多晶格错位和缺陷,这为电解液与催化剂接触提供了额外的活性位点。此外,Fe掺杂Co-Mo-S催化剂应用于全电解水反应时,仅需要1.605V的电池电压就能达到10 m A cm-2的电流密度,连续催化60 h,电位无明显变化。在简单温和的反应体系中,以棒状MoO3为模板,硝酸钴和硝酸铁为金属源,2-甲基咪唑为配体,硫代乙酰胺为S2-源,成功将源于ZIF-67的空心CoSx颗粒生长在CoFe-LDH微管表面,构筑成中空管状CoFe-LDH@CoSx复合结构。电化学实验表明,CoFe-LDH@CoSx复合结构作为OER反应的催化剂,在1.0 M KOH溶液中分别需要229、270和308 m V的低过电压即可实现10、100和400 m A cm-2的电流密度,且连续催化100 h后,电压几乎没有波动。与此同时,使用CoFe-LDH@CoSx作为析氧催化剂,20%Pt/C作为析氢催化剂应用于全电解水反应时,实现电流密度为10、100和400 m A cm-2,仅需要1.495,1.600和1.770 V的电池电压,且在电流密度为50 m A cm-2的条件下连续催化50 h,电位几乎不下降。上述优异的电催化活性应归因于所得催化剂特殊的管状结构及CoSx与CoFe-LDH之间的协同作用。此外,研究显示,所获得的CoFe-LDH@CoSx催化剂在碱性的自来水和天然河水电解质中,同样表现出高效的电催化活性和良好的稳定性。设计了一条三步水热路线,先在碳布上生长了NiCo2S4纳米线,再在其表面修饰了纳米针和纳米片相互交错的CoNi层状双氢氧化物（CoNi-LDH）,从而获得了碳布自支撑的分级核壳NiCo2S4@CoNi-LDH纳米阵列电极。由于自支撑电极无需添加粘结剂以及特殊的分级核壳阵列结构,易暴露出更多的活性位点,有利于生成气体的疏散,可以有效提高析氧反应的电催化活性。电化学测试表明,所得NiCo2S4@CoNi-LDH的催化活性可以通过CoNi-LDH中Co/Ni的摩尔比进行调节,在Co/Ni摩尔比为1:4时,所制备的NiCo2S4@Co1Ni4-LDH催化剂具有最优的OER催化活性。在1.0M KOH溶液中,提供100 m A cm-2的电流密度下,过电位仅为337 m V;在20 m A cm-2的电流密度下连续催化40 h,电压几乎无波动,表现出良好的耐受性。此外,复合NiCo2S4@Co1Ni4-LDH催化剂相对于单一组分具有更强的OER催化活性,这应归因于NiCo2S4和Co1Ni4-LDH之间的协同作用。