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燃料电池是一种洁净、高效的能源转换技术,有望在未来清洁能源体系中扮演重要角色。在众多类型的燃料电池中,直接肼燃料电池（Direct Hydrazine Fuel Cell,简称DHFC）因其能量密度高、环境友好、可使用廉价金属催化剂等优点脱颖而出,受到了研究者的广泛关注。发展DHFC技术的核心课题在于研发高性能、低成本的阳极电催化剂,这需要优选具有高本征活性的催化材料、巧妙地运用结构工程方法,以最大限度提高活性位点密度并构建导电网络。数十年来,科研工作者综合运用多种改性策略,开发出了一系列可高效催化肼电化学氧化的非贵金属合金或化合物催化剂。但总体而言,现有催化剂在电催化活性与耐久性方面距离商业化应用要求仍相去甚远。究其原因,缺乏机理认识指导下的理性设计而形成的尝试型低效探索模式,严重迟滞了催化剂研发进程。基于此研究现状,本论文以研制兼具高活性和良好稳定性的DHFC阳极电催化剂为研究目标,选取过渡金属磷化物（Ni2P）和过渡金属氮化物（Ni3N）为主要研究对象,重点围绕催化剂设计与合成、催化剂相组成-微观结构-电催化性能之间的关联性展开研究。取得研究进展如下:（1）结合运用电沉积、牺牲模板法及磷化处理方法合成了泡沫镍（NF）负载的Ni@Ni2P核壳结构纳米管阵列催化剂（Ni@Ni2P NTA/NF）。Ni2P壳层对肼电化学氧化表现出高本征活性且具有良好的导电性;构筑的分级多孔纳米管阵列结构可有效增加活性位点数量并改善其反应物可及性。基于上述原因,优化条件下制得的Ni@Ni2P NTA/NF催化剂对肼电化学氧化反应表现出优异的催化活性、良好的稳定性以及近乎100%的四电子反应路径选择性,优于现有的DHFC阳极电催化剂。（2）结合运用电沉积、牺牲模板法及氮化处理方法合成了NF负载的Ni@Ni3N核壳结构纳米管阵列催化剂（Ni@Ni3N NTA/NF）。研究发现,氮化热处理时间对其物相结构、催化性能均有重要影响,氮化热处理时间为1.5小时制得催化剂的性能最佳,其催化反应起始电位是-0.07 V vs.RHE,在0.3 V vs.RHE电位处获得的电流密度达到了1011m A×cm-2,优于大多数已报道的DHFC阳极电催化剂。Ni@Ni3N NTA/NF催化性能优异的原因应归结为高本征活性、丰富的活性位点及良好导电性的共同作用。上述研究工作遵循同时优化本征活性、活性位点数量及导电性的电催化剂设计理念,设计、合成了两种核壳结构纳米管阵列催化剂,在提升DHFC阳极电催化剂性能的同时,深化了催化剂物相组成-微观结构-电催化性能的关联性认识,对于研发高性能、低成本DHFC阳极电催化剂具有重要参考价值。