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随着全球能源危机和环境问题的加剧,世界各国对清洁能源的需求变得日益迫切。在追求零碳排放的前提下,氢能作为清洁能源中的可再生能源,具有较高的能量密度和良好的环境相容性,被认为是最有希望替代传统化石能源的能源载体。目前,电化学水分解和燃料电池是两种最具发展前景的先进氢能转换技术。其中,水电解中的析氢反应（HER）和析氧反应（OER）以及燃料电池中的氧还原反应（ORR）是这两种技术中影响总体能量转化效率的决定因素。实现氢能工业化利用的一个重要前提,就是要提高氢气生产与利用过程中的能量转换效率。开发高效HER、OER和ORR催化剂,以降低相关反应过电压,是目前亟待解决的关键问题。尽管Ru、Ir和Pt等贵金属催化活性最高,但高成本和低储量阻碍了上述材料在氢能转化领域中的应用。因此,设计和开发低成本的非贵金属催化材料具有重大的意义。目前,研究人员已开发出一系列含有Ni、Co、Fe、Mo、V、Cu等元素的过渡金属基催化材料。其中,镍基和钴基纳米结构材料成本低廉、性能优异,可望成为理想的能源转化催化材料。本文将镍基和钴基纳米结构作为研究对象,在对HER、OER和ORR反应机理及制约电催化性能的因素进行剖析与总结的基础上,系统综述了相关结构材料的特定组成、结构和形貌对降低反应过电位及多功能电催化性能的影响。本文的研究工作不仅制备了高效的多功能催化材料,而且还可能为其他领域材料的设计合成提供参考。本文研究内容总结如下:（1）在我们采用一步溶剂热法,在泡沫镍（NF）基底上原位生长了钴掺杂的硒化镍（Co-NiSe）纳米结构材料,并研究了其作为自支撑催化电极在1.0 M KOH电解液中的OER催化性能。在100 mA cm-2电流密度下,过电位为380 mV,塔菲尔斜率为111.0 mV dec-1,OER长期稳定性良好。研究结果表明,钴掺杂不仅产生了更多的OER活性位点,而且钴与NiSe的电子相互作用促进了电荷转移,提高了OER催化活性。（2）我们将Co9S8和Co纳米颗粒原位封装于N掺杂石墨碳管（Co9S8/Co-NCNT）,系统研究了其作为多功能电催化材料的ORR、HER和OER性能。相关结果表明,过渡金属硫化物和碳氮骨架相结合所带来的材料结构多样性、分级多孔结构和良好的电性能是实现高效能源转化电催化的重要基础。该工作研究内容及相关结论对设计合成应用于催化、传感等领域的功能材料具有借鉴作用。