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化石燃料不仅消耗大量的不可再生能源,还会产生二氧化碳和其他温室气体,对环境不利。氢的可持续生产对发展绿色能源具有重要意义。电催化析氢反应（HER）是水分解的关键步骤,是近几十年来广泛研究的课题。与其他任何化学反应一样,需要输入能量来克服实际生产过程中从水中生产氢的电化学过程。制备具有优良催化活性的催化剂是优化催化性能、降低过电位的关键步骤。通常铂基（PGM）催化剂及其衍生物具有最好的氢键能（HBE）和吉布斯自由能（ΔGH*）,但它们储量稀少,价格昂贵。因此,开发高效、经济、长寿命的催化剂是实现高性能储能的关键因素。然而,仅由过渡金属合成的催化剂在降低过电位和保持稳定性方面存在局限性。各种贵金属纳米颗粒（如Pt,Ru,Ir,Au,和Ag）通常与过渡金属基催化剂结合以提高HER催化性能。在过去的几十年里,为了成为PGMs的合适替代品,研究人员研究了各种非稀有催化剂。Miles和Thomason用循环伏安技术测定了31种金属的HER活性,发现非贵金属的催化活性顺序为Ni＞Mo＞Co＞W＞Fe＞Cu。因此,研发钴基HER催化剂是一种取代贵金属催化剂重要的选择。Co和Ni过渡金属的协同效应具有更丰富的法拉第氧化还原反应,更高的电导率和耐久性,以完成比单金属更高的电化学性能。磷酸盐因其特殊的结构和催化性能而同样备受关注。本文通过一种简单的水热方法合成了不同的钴基掺杂自支撑电极材料,探讨了它们的碱性条件下电催化析氢活性。该研究结论对于廉价、有效的过渡金属磷酸化促进剂的可控设计有着巨大的指导意义。另外,由于本研究中对所述制备方案的设计条件要求相对较低,因此能够实现比较大规模的工业化生产,并使之广泛地应用于新能源技术。本文主要研究内容如下:第一章绪论本章主要介绍了电解水以及析氢反应的原理和背景,对析氢反应催化剂的种类特点及发展进行了介绍,并以此为基础分别阐述本论文开展的研究内容与意义。第二章CoP-Ni3PO4/CFP纳米棒的制备及其碱性析氢性能研究本章使用一种简单的水热合成法,制备了一种过渡金属镍掺杂的自支撑双金属碱性HER催化剂CoP-Ni3PO4/CFP。通过调整投料比确定在Co:Ni元素比为9.5:0.5时,电催化析氢过电位最低,由此对前驱体Co（OH）F进行磷化后制备的自支撑材料CoP-Ni3PO4/CFP在10 m A cm-2以下,表现出80 m V的过电位。Tafel斜率为89 m V dec-1,这种过渡金属协同作用使CoP-Ni3PO4/CFP表现出较好碱性HER性能。在电流密度为50 m A cm-2下运行12小时后,CoP-Ni3PO4/CFP仅表现出了微弱的电流衰减,表明其良好的稳定性。本研究中所述合成方法的制备条件要求较低,有望实现相对大规模的工业化生产。第三章用于碱性条件下析氢反应的高性能自支撑材料AgCoPO4/CFP本章采用简单的水热法在碳纤维纸（CFP）表面制备了AgCo（CO）4前驱体。热磷化后得到了自支撑催化剂AgCoPO4,大大提高了碱性条件下HER的催化性能。在10 m A cm-2以下,表现出32 m V的过电位。Tafel斜率为34.4 m V dec-1。探究AgCoPO4/CFP催化性能优异的原因,对催化剂析氢反应前后的亲水性、化学环境及相应的电子态进行了深入探讨。磷酸盐的引入可以改善表面润湿性,进一步提高多相催化剂的分子吸附和催化性能。通过接触角的测量,证明CFP的表面润湿性增强AgCoPO4/CFP良好的表面润湿性有利于电解液在电极表面的吸附,进一步促进了氢的析出。AgCoPO4/CFP不仅具有良好的HER催化活性。尿素因环境问题而臭名昭著,但它是一种很有前途的电解池制氢方法。UOR后,尿素分解为惰性的N2和CO2。当UOR替代OER时,可以解决能源消耗和安全问题。我们还测试了不同比例Ag的UOR和OER工艺,结果证明Co:Ag=9:1具有最好的性能。加入0.5 M尿素后,AgCoPO4/CFP组装电解池在电流密度达到10 m A cm-2时过电位仅为1.45 V,远低于整体水分解所需的过电位。本工作为高效HER电催化剂的设计和合成提供了一条新的途径。