近年来,资源枯竭与环境污染等问题已严重阻碍世界能源发展。为了缓解能源危机问题,发展资源丰富、价格低廉、高效无污染的清洁可持续能源依然是目前追求的重要目标。氢能因其可再生、热值高和能量转换效率高等优势被视为理想清洁能源载体。电催化分解水制氢符合当前的绿色能源理念。其中,碱性电解液条件下的电催化分解水技术在工业方面展现出广泛的应用前景。研究发现,钴铁基过渡金属电催化剂丰度广、价格低廉、本征电催化分解水性能较好,然而目前报道的传统钴铁基过渡金属材料存在过电位较大、暴露活性位点少等问题。因此,本论文通过简易、绿色温和的制备条件,在多孔三维多孔泡沫镍（NF）上合成钴铁基纳米阵列前驱体,进一步构筑系列新型复合纳米阵列电催化剂,极大地提高了电催化活性,系统研究了所构筑的阵列结构的组成结构与电解水性能之间的构效关系。具体研究内容如下:1.利用高导电性的三维多孔NF作为载体,通过简易的溶剂热法,成功合成出前驱体钴铁层状双金属氢氧化物（CoFe-LDH）纳米片阵列。进一步通过恒电位电沉积法,制备出由NiFe-LDH纳米薄片修饰的CoFe-LDH纳米片的复合电催化剂（CoFe@NiFe/NF）,并通过控制电沉积时间来调节表面NiFe-LDH的负载量,实现了对复合比例的调控。利用XRD、XPS、SEM、TEM、HRTEM等表征手段对CoFe@NiFe/NF的物相组成结构进行了系统表征。碱性条件下电催化分解水性能研究结果表明,最佳复合比例CoFe@NiFe-200/NF催化剂具有较低的电催化析氢（HER）和电催化析氧（OER）的过电位,在电流密度为10 mA cm^-2下的HER和OER过电位分别为240和190 mV。在两电极体系中,CoFe@NiFe-200/NF||CoFe@NiFe-200/NF表现优异的全分解水性能,在电流密度为10 mA cm^-2下的分解水电压达到1.59 V。CoFe-LDH与NiFe-LDH形成的纳米片阵列结构增大了界面的比表面积,暴露出更多的电化学活性位点,进而显著增强了电催化分解水性能。2.以三维多孔NF负载的CoFe-LDH/NF纳米片阵列为前驱体,通过水热和煅烧法制备了CoFeN_x HNAs/NF多孔纳米片阵列。利用XRD、XPS、SEM、TEM和HRTEM对所制备样品的晶相结构和微观形貌进行表征分析,并深入研究了钴铁氮化物界面间的相互作用。碱性条件下电催化分解水性能研究结果表明,CoFeN_x HNAs/NF在电流密度为10 mA cm^-2时的HER过电位为200 mV,在电流密度为50 mA cm^-2下的OER过电位为260 mV,且稳定性较好;同时在两电极测试下的CoFeN_x HNAs/NF具有全分解水性能。电催化性能增强机理研究结果表明,多孔纳米阵列具有丰富的孔隙,有利于电解质的传递和气体的释放;Co₂N和Fe₄N间的界面耦合和氮化物的金属特性,有利于电子的转移,加快了反应进程,从而进一步提高全分解水性能。3.以NF为载体负载CoFe-LDH纳米片阵列,通过常温陈化法制备了CoFe-PBA立方体/CoFe-LDH纳米片阵列中间体,进一步通过磷化法制备了Co_xP-Fe₂P/NF异质结构电催化剂。通过XRD、XPS、SEM、TEM和HRTEM等表征手段研究了所制备样品的晶相结构和微观形貌,并深入探究异质结构内界面间的相互作用。在碱性电解质中测试了Co_xP-Fe₂P/NF的分解水性能,发现其具有优异的全分解水性能,在电流密度为10 mA cm^-2时析氢和析氧过电位分别为75 mV和265 mV;在两电极测试全分解水性能中也展现出优异的活性与稳定性。电化学性能增强机理研究结果表明,CoFe-LDH与PBA的复合,增大了电化学表面积,经过磷化后已经保持原先的阵列结构,同时磷化后的催化剂提高了导电性能,进而进一步提高催化效率。