人类对能量的需求不断增加使得矿物燃料被大量使用,进而引发了一系列的环保问题。能源与环保的双重压力促使人类对新的能源以及其储存与转换方法进行探索。在各种储能和转换形式中,电催化被认为是一种可行、有效的能量的转化和储存的方法。电催化中跟水有关的四大反应,包括析氢反应（HER）,析氧反应（OER）,氧还原反应（ORR）和氢氧化反应（HOR）广泛存在于在电解池、燃料电池、金属空气电池中。而促进这些反应高效进行成为近些年研究的热点。目前,贵金属如IrO2/RuO2和Pt基催化剂分别对OER、HER和ORR具有最佳活性。然而,这些贵金属的高成本和稳定性差阻碍了它们的大规模商业应用。近年来,研究人员一直在寻找高效非贵金属双功能催化剂。例如,过渡金属硫化物、磷化物、硼化物和碳化物等各种材料被广泛研究。过渡金属硫化物作为单功能或多功能催化剂表现出优异的催化活性,这可以归因于金属硫化物具有较高的热力学稳定性和丰富的价态分布。通常,在M-S边缘未充分配位的原子具有很高的催化活性,使催化活性得以提升。但是金属硫化物仍旧存在一些不足,例如导电性较差、颗粒易发生团聚等。基于此,我们做了如下工作:1、以泡沫镍（NF）为基底,利用NF的三维多孔结构,在其表面生长了Ni3S2-CoMoSx,从而获得Ni3S2-CoMoSx/NF复合材料。在这个工作中,我们首先制备了CoMo-MOF,并将其作为前驱体与NF一起硫化。在硫化过程中,针状Ni3S2均匀生长排列在NF表面。CoMo-MOF前驱体则在硫化过程中形成了CoMoSx十二面体结构,分散在针状Ni3S2中。电催化测试发现CoMoSx、Ni3S2和NF之间存在明显的协同作用,从而使材料具有更加优异的双功能催化活性。Ni3S2-CoMoSx/NF催化剂在电流密度为10 mA cm-2时的过电位仅为234 mV和90 mV。在全解水测试中,以Ni3S2-CoMoSx/NF作为阴/阳极两极催化剂,在10 mA cm-2的电流密度下,获得了1.52 V的低电压,并能稳定65小时以上。2、首先合成了NiCo-PVP前驱体并将其硫化处理。在硫化过程中,通过自牺牲模板法获得了具有空心胶囊结构的NiCo2NS。在该实验中,NiCo-PVP前驱体与尿素反应后,首先得到镍钴的氮化物。在随后的硫化过程中,S被掺杂到该氮化物中并取代了部分N。S在NiCo2NS中的掺杂可能会引入大量的缺陷和空位,从而增加催化活性位点的数量。最终合成的NiCo2NS材料的ORR/OER性能由于其具有优异的导电性、大的比表面积和S掺杂引入的大量活性位点而得到大大提高。在10 mA cm-2时,NiCo2NS在OER过程中的过电位仅为154 mV,在ORR过程中的半波电位为0.76 V。当NiCo2NS作为空气电极催化剂应用于锌空气电池时,能够进行1200次稳定的充放电。以NiCo2NS为催化剂组装的柔性电池也同样表现出优异的性能,在2 mA cm-2的电流密度下能够进行60次稳定的充放电。该柔性电池表现出优异的柔韧性,电池在循环过程中以不同角度弯曲时,能够保持良好的充/放电稳定性。3、我们在NF表面生长了CuCo-LDH纳米片,并对其进一步硫化。NF在硫化过程中,表面生长出尖锥状Ni3S2,它可以很好的分散硫化后的LDH,避免过渡金属硫化物因为易于团聚而产生的活性位点降低。其次,硫化后的LDH包覆在Ni3S2上形成两相界面,两相间的扩散机制使得界面处更容易形成催化位点,增强界面之间相互作用的协同效应,增强材料的稳定性。在不改变NF三维框架结构基础上形成了CuCoSx-Ni3S2。CuCoSx纳米片交叉生长在尖锥状Ni3S2上,形成两相界面,界面处形成了大量的缺陷和氧空位,为电催化提供了更多的活性位点。CuCoSx-Ni3S2/NF纳米材料在HER和OER中表现出了优良的性能,在电流密度为10 mA cm-2时,过电位仅为158 mV和130 mV,并且在全解水测试中,CuCoSx-Ni3S2/NF作为阴阳两极催化剂,仅需1.5 V的电压就可以达到10 mA cm-2的电流密度,并且可以稳定保持80小时以上。