当今世界的大部分能源消耗来自于化石燃料(即石油,天然气和煤炭)的燃烧,大量排放燃烧产物所引起的全球性问题,例如温室效应,臭氧层枯竭,酸雨和雾霾等,对我们的生存环境构成了极大的威胁。用氢能系统代替现有的化石燃料系统是解决这些问题的有效方法之一,因为氢作为一种高效而清洁的燃料,不会产生任何污染物。水电解槽和燃料电池被认为是绿色可再生的氢能源转换和存储系统。水电解槽中的析氢反应(HER)产生高纯度的氢气以化学能形式存储能量;燃料电池通过氢氧化反应(HOR)将化学能转化为电能。限制通过水电解大规模产生氢的主要困难是析氧反应(OER)的高过电位所导致的大量能量损失。当前最有效的OER催化剂是Ir/Ru氧化物。对于HER和HOR,最高效的为Pt基材料。但是由于它们具有造价高和储量少这两大缺点,使其不具备实际应用意义。因此,我们非常需要开发高效的替代催化剂以实现氢的经济性,这具有非常重要的现实意义。本文以探索高性能催化剂为主要目标,研究了双过渡金属基材料在电解水产氢过程中的催化作用。以泡沫镍为基底,通过调控两种金属的比例及氮化温度,制备了一系列双过渡金属催化剂,并对它们进行了充分的表征。研究了它们对HER,HOR,OER和水解离催化性能的影响,并对催化反应的界面机理进行了理论计算研究。取得的主要研究成果如下:(1)通过阴极电沉积及低温氮化,制备了一系列的NiCo基催化剂。系统研究了 Ni,Co原子比例及氮化温度对催化剂性能的影响。研究发现,Ni/Co为3/7及420℃氮化时,材料的催化性能最好。(2)性能最好的材料(Ni/Co2N)有出色的HER/HOR性能。碱性电解质仅需要16.2 mV就可使电流密度达到-10 mA·cm-2。而且,对于组装的电解水装置,在10mAcm-2的电流密度下,Ni/Co2N界面催化剂只需1.57V的整体电压,这优于大多数已开发的电催化剂。(3)DFT计算结果阐明,在Ni/Co2N界面处,电子从Ni转移到Co2N。界面处N和Co位置,氢吸附的自由能仅为-0.08 eV和-0.11 eV,非常接近理想的0 eV值,进一步证明了界面处电子相互作用对催化性能的影响。