电解水的反应包括两个半反应,分别为阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER),许多研究已经努力开发用于氢/氧逸出反应(HER/OER)的环保且廉价的电催化剂。碳布(CC)是由碳纤维缠结而成的无金属柔性网络,具有较大的比表面积、高电导率、高耐腐蚀性、高强度、化学和机械稳定性,是比较常用的催化剂支撑型基底。将活性成分直接生长在碳布上,易于调控电催化剂的形态。本论文首次在碳布上生长了零维(0D)碳量子点(CDs)作为无金属HER电催化剂,同时以碳布为基底,通过一步水热法和退火处理制备了不同形态的Co3O4作为电化学OER催化剂,通过调节一系列参数来调控催化剂在碳布上的形态。主要内容如下:(1)开发具有高活性,耐久性和适中价格的析氢反应(HER)电催化剂对于可持续利用氢能至关重要。在本章中,我们直接将0D的碳点直接生长在碳布上,可提高电化学制氢的效率。我们报告了一种通过一步水热法在CC(CD/CC)上析氢的低成本,丰富来源和环境友好型的新型催化剂,它是通过在CC上原位生长的CDs合成的。电化学测试表明,CD/CC催化剂显示出出色的HER催化活性,在10 mA/cm2的电流密度下具有280 mV的小过电位,87 mV/dec的小Tafel斜率和出色的耐久性。渗流理论首次被引入以解释CD/CC催化剂的催化机理。0D碳点组装而成的特殊形态构成渗滤团簇,并促进电子在整个碳布中的传输。此外,氮掺杂引起CDs本身的结构缺陷和电子性质,特定的零维点状形态以及酰胺基团(CONH2)的引入还可以通过降低串联电阻、增加比表面积、促进电子传输、暴露更多的活性位点和促进电解液和氢气的扩散来提高催化性能。(2)我们通过简单的一步水热处理和退火处理成功地在碳布上合成了不同形态的Co3O4。可以通过调节NH4F与Co(NO3)2·6H2O的摩尔比来调节Co3O4在碳布上的形态。通过调节NH4F与Co(NO3)2·6H2O的摩尔比,Co3O4可以形成不同的形态结构,例如纳米片、纳米线、纳米线团簇和厚圆形纳米片。电化学测试表明,具有纳米线团簇结构的Co3O4/CC催化剂具有较低的过电位,较小的电荷转移电阻和较大的电化学活性表面积,可以暴露更多的OER活性位点并促进电解质的扩散,具有更好的电化学OER效果。