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随着社会发展,能源和环境问题日益严重。大量传统化石燃料的燃烧引起了严重的能源危机以及环境污染,得到了人们的广泛关注。因为能源是人类社会发展不可或缺的重要物质基础,因此,发展可持续的、清洁高效的能源及其转化技术势在必行。此时,电化学催化因其操作简单、过程清洁且转化效率高成为了研究的热点,其中电催化方法来制备氢气和氨气,满足了人类社会对能源的发展要求（可持续发展、环境友好）。氢气之所以被认为是最清洁的能源,因为其唯一的燃烧产物是水,并没有其他的副产物因此达到了零污染的效果;氨气又是最重要的工业化学品之一,在农业等领域应用十分广泛。众所周知,对于电催化来说,电催化剂材料无疑是重中之重,其中贵金属基催化剂,例如:Ru、Ir、Pt、Pd等具有十分优异的催化性能,但是由于价格昂贵,限制了它们的广泛应用,因此,设计与发展低贵金属含量催化剂,尤其是非贵金属催化剂成为了一种趋势。基于以上设计原则,本文主要是围绕着水热法、CVD法等设计并发展几种高效的非贵金属催化剂,实现了电催化水分解和电催化氮气还原中能量的高效转化。现将本工作主要内容述诸如下:1、通过仿生辅助水热的方法合成的高效的由异原子掺杂的碳壳包裹的CoS2纳米点（CoS2@HADC）析氧反应（OER）电催化剂。通过一系列的表征证明,该杂化纳米结构中大量的CoS2纳米点和杂原子的均匀分布提供了丰富的活性位点,从而提高了碱性介质中的OER电催化性能。在电流密度为10 m A cm-2时所对应的过电势仅为226 m V,远远优于很多钴基催化剂。此外,该工作的制备方法为合理的设计其他过渡金属硫化物/碳复合材料提供了一个方向。2、通过简单的水热和退火的方法制备的新型的MoS2@Ni0.96S异质结双功能电催化剂。通过一系列表征证明该杂化物Ni0.96S和MoS2之间具有紧密的异质结界面,与此同时,超薄的MoS2纳米片提供了丰富活性位点和非化学计量比的Ni0.96S纳米晶体提供的丰富缺陷。这些特点都使该材料具有优异的析氢（HER）和析氧（OER）催化性能。在1.0 M KOH中进行HER性能测试,结果显示,过电势仅为104 m V时电流密度可达到10 m A cm-2;其OER性能过电势仅为266m V时,电流密度达到了20 m A cm-2。重要的是,该催化剂在碱性溶液中具有良好的稳定性3、通过使用H2O2作为氧化剂对钛网（TM）进行湿化学氧化制备得Ti3+-TiO2-x/TM。通常,用来提高TiO2的氮还原（NRR）活性的有效策略是化学杂原子掺杂,比如非金属和金属。而本章实验是在不向TiO2中引入杂质的情况下,进行Ti3+的自掺杂可以提高电导率并加速电子和空穴的转移。在0.1 M的Na2SO4中,最佳电位是-0.55 V（vs RHE）,在该电位下Ti3+-TiO2-x/TM具有最高的法拉第效率为14.62%和最大的产氨速率为3.51 x 10–11 mol s–1 cm–2,其结果优于很多钛基催化剂。4、通过在泡沫镍（NF）上原位生长FeNi2S4纳米片阵列,该材料具有优异的OER性能。在1.0 M的KOH中进行OER性能测试,结果显示,在电流密度为50 m A cm-2时所对应的过电位仅为230 m V。本章实验主要是通过Raman,SEM等表征方法详细的分析了该材料在OER过程中所发生的变化,证明材料在电化学测试之后变成了Ni Fe O（OH）,这些结果说明该材料是一种性能优异的前催化剂。