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温室效应和能源危机威胁着人类的生存与发展,基于可持续发展策略,当采用可再生电力系统时,电催化水分解制氢及CO2资源转化具有重要意义。高效电极材料是促进电催化技术发展的主要途径,除了活性组分外,电极的形貌结构同样是影响电催化反应活性的重要因素,特别是具有丰富活性点位的3D多孔结构在电催化反应中表现出了有效促进催化活性的作用。本文采用简易的直写3D打印技术,以球形金属粉为原料,聚乙烯醇溶液为分散剂和粘结剂,实现具有3D网格结构的双金属电极的快速成型,有效避免了因金属物理性质差异导致多金属无法均匀成型的问题。再者,进一步通过热氧化、电沉积及水热等方法改性3D电极,表现出了优异的电解水制氢及电催化还原CO2活性,并对电极组分及结构与电催化活性的构效关系进行了分析。基于直写3D打印技术制备的材料特性,本文主要进行的四个方面研究如下:1.热氧化改性3D打印Ni Cu多孔结构电极制备及其析氢活性研究:采用热氧化和电化学预还原两步法对3D打印Ni Cu电极进行表面性质改性和结构重构,研究了Ni Cu比例、热氧化温度以及热氧化时间对电极析氢活性的影响。通过电化学测试对电极的催化活性、稳定性等指标进行表征。结果表明,3D Ni Cu55比例电极在500℃热氧化处理2小时后表现出更高的HER活性,在1 M KOH中电流密度达到10 m A cm-2及100 m A cm-2时的过电位分别70 m V及210 m V,Tafel斜率为67 m V dec-1,并在长达100小时的连续电解实验中表现出了良好的稳定性。表征分析结果表明,改性后的电极表面生长了丰富的Cu纳米线,形成了微米网格结构及纳米线结构共存的微纳结构,在有效提升活性表面积的同时促进了电子的传递和水分子分解。此外,Cu/Cu2O以及Ni/Ni O界面的形成促进了氢中间体的吸附与转化,Ni Cu的协同作用实现了对氢中间体吸附强度的调控。2.Co沉积改性热氧化处理后的3D Ni Cu电极及其析氢性能的研究:利用电化学沉积和水热法对热氧化改性3D Ni Cu电极进行Co沉积改性,研究了两种改性方法的最佳实验条件,并对比了两种方法改性后电极的催化活性。电化学测试结果表明,Co的沉积提升了Ni Cu电极的电子转移能力,在碱性条件下表现出了更高的析氢活性。经水热法改性得到的Co@3D Ni Cu在达到100 m A cm-2时的过电位为172 m V,Tafel斜率为54.6m V dec-1,并在100小时的连续电解过程中表现出良好的稳定性。物理表征分析结果表明,Co沉积改性处理后,在电极表面形成了纳米片状的Co O及纳米线状的Ni Co2O4活性电位,有效提升了电极的活性表面积,活性点位与3D Ni Cu基底的协同作用是电极HER活性提升的主要原因。尖晶石结构以及氧化物层的形成提升了电极的抗腐蚀性能,有效提升了电极的稳定性。3.水热法改性3D Ni Fe电极及其析氧活性的研究:在尿素及NH4F尿素溶液中对3D Ni Fe电极进行改性处理,研究了不同Ni Fe比例、尿素含量、NH4F含量以及水热改性温度和时间对电极催化活性的影响。实验结果表明,在NH4F尿素溶液中改性的3D Ni Fe电极具有更高的析氧活性,在电流密度为100 m A cm-2时的过电位为220 m V,Tafel斜率为49.1 m V dec-1,并具有良好的稳定性,在经过100小时的连续电解实验后,电极在1 A cm-2时的过电位仅提升了65 m V。经NH4F尿素溶液改性后,电极表面生长了Fe OOH纳米片包裹Ni Fe2O4纳米针的花蕊状结构,进一步提升了电极的催化活性及动力学,反尖晶石结构的Ni Fe2O4为电极提供了良好的稳定性。4.3D Cu Zn电极的制备及其电催化还原CO2的研究:通过先煅烧后脱脂的方式实现了Cu Zn的三维结构成型,研究了Cu Zn比例、煅烧温度及煅烧时间对电极催化活性的影响。实验结果表明,所制备的3D Cu Zn电极可有效将CO2和水转化为CO/H2合成气,生成CO的电流效率值最高可52.4%,合成气的总电流效率值可达到80%以上,可实现H2:CO=0.46-3.2范围内合成气的制备,在施加-1.7 V（vs.SCE）的反应电位时,电流密度可达到36 m A cm-2。制备的3D Cu Zn电极表面生成了大量Zn O纳米线,并存在大量氧空穴,电极催化还原CO2的活性源于Zn O与Cu的协同作用。本研究以直写3D打印技术制备的3D Ni Cu、3D Ni Fe以及3D Cu Zn材料为基础,通过热氧化、电沉积以及水热等方法实现了具有3D微纳结构电极的构筑,表现出良好的HER、OER以及CO2RR电催化活性,为化学法改性3D打印金属电极在电催化领域的应用与发展提供了借鉴。