为了解决迫切的能源和环境问题,需要寻找一种清洁的可持续发展能源。在多种能源中,氢气是一种绿色有发展前景的能源。在众多制氢方式中,电解水产氢是目前最为成熟有效的一种方式。但是在电解水过程中,阳极发生的水氧化反应是一个四个电子-四个质子耦合的决速步骤,制约了水分解反应的进行,同时,由于电解质和电极等多种因素,使阳极水氧化反应具有较高的过电势。因此,寻找理想的水氧化催化剂十分必要。在已有的催化剂中,IrO2和Ru02是催化效率最好的两种催化剂,然而贵金属的存储量少且价格昂贵,研究者将重心转移到廉价丰富的过渡金属催化剂上。在多种过渡金属催化剂中,钴基催化剂被认为具有应用前景的廉价金属催化剂。在已经报道钴基催化剂中,包括钴的氢氧化物、氧化物、氮化物、磷化物、硼化物、硫化物和硒化物等。虽然对于钴基催化剂的研究已经取得一些进展,仍然需要持续开发高效的钴基新材料和新结构水氧化催化剂。对于催化水氧化反应,1D和2D材料与块状材料相比,具有多个方面的优势。最大的问题是低维材料的内部空间不足,容易在设备上堆积。高维度催化材料具有较大的开发空间,表面积较大。因而,把低维材料组建成一体的高维材料至关重要。组建这种多级的催化材料,传统的方法都是在高温下使用硬模板法和外延生长法。在温和条件下,使用简单的湿法制造高维度的多级材料是一个挑战。因此,我们报道了一种新型的Co(OH)F材料作为水氧化反应(OER)的催化剂。这种由2D纳米片构建的3D Co(OH)F微米球,并且2D纳米片由1D纳米棒编织而成。基础结构(1D纳米棒和2D纳米片)的编织和构建形成的3D材料可以提供结构空间空隙,产生足够的内部空间。具有这样的多级结构的Co(OH)F材料在异相的催化剂中,结合了所有维度材料的优点。各向异性的低维(1D和2D)子结构具有比表面积大和电荷转移速度快等优点。纳米棒之间的相互连接有利于电荷的运输。高维度(3D)构架在有限的电极表面积上提供足够的活性位点,有利于催化过程中传质扩散。使用简单的玻碳电极(GC),在1 M KOH溶液中,电流密度达到10 mA cm-2时,过电势仅313 mV。经过长时间的电解依然保持很好的稳定性。基于电催化研究和理论计算,催化反应之前,钴物种经过两个连续的质子耦合氧化过程(CoⅡ/CoⅢ和CoⅢ(/CoⅣ),3D结构提供了较大了电化学表面积,并且材料中F的引入有利于增强导电性。