氢作为一种高密度的能源载体,具有清洁无污染和来源广泛等特点,而光解水和电解水制氢因为可以在不产生其他产物的情况下提供高纯度的H₂和O₂,所以是目前公认的最有前途的制氢技术。相比光解水,电解水制氢具有更高的灵活性和实用性,因而受到了更多的关注。电解水制氢过程包括两个半反应,阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER）。其中,OER是一个包括四电子的复杂反应,动力学过程缓慢,是制约电解水产氢的瓶颈。因此,开发廉价且具有优异性能的非贵金属析氧电催化剂是降低电解水能耗的有效途径。所以本论文以开发低成本、高性能的钴基OER电催化剂为目标,通过掺杂、异质结构构筑等方法优化单一组分的本征活性,增加电极材料的活性位点,设计合成了一系列钴基氧化物、磷化物和硫化物的复合材料,并系统地研究了它们的OER性能。具体内容如下:一、利用水热法和后续低温氧化法制备了泡沫镍（NF）负载的Co₃O₄/Fe₂O₃纳米片（Co₃O₄/Fe₂O₃@NF）,Co₃O₄/Fe₂O₃@NF具有独特的三维薄壁池结构,可以直接用作无粘结剂电极,作为一种析氧电催化剂,在1.0 M KOH中表现出非常优异的电催化性能。在10 mA cm^-2的电流密度下过电势只有254 mV(η₁₀=254 mV),Tafel斜率低至33 mV dec^-1,并且在20 mA cm^-2的电流密度下连续测试24 h后,电流密度几乎无衰减。相比于Co₃O₄/Fe₂O₃(η₁₀=493 mV),Co₃O₄@NF(η₁₀=350 mV)和Fe₂O₃@NF(η₁₀=378 mV)表现出更优异的电催化性能。二、利用水热法和后续低温磷化法制备了Fe元素掺杂的Fe-Co₃（PO₄）₂/NF复合催化剂,与纯的Co₃（PO₄）₂/NF相比,Fe元素的掺杂明显改善了材料的催化性能。测试结果显示,Fe-Co₃（PO₄）₂/NF在1.0 M KOH中,10 mA cm^-2的电流密度下,析氧过电势为274 mV,Tafel斜率为33.9 mV dec^-1,远低于Co₃（PO₄）₂/NF 331 mV的过电势和56.7 mV dec^-1的Tafel斜率,并且在电流密度为45 mA cm^-2下,连续测试24 h后,电流密度几乎无衰减,显示出优异的电催化析氧性能和稳定性。说明Fe的掺杂可以有效的提高催化剂的性能,为非贵金属催化剂的制备提供了一个有用的参考。三、利用水热法和后续低温磷化法制备了Co₃（PO₄）₂-Ni₂P-Ni₃S₂@NF复合材料,通过调节反应过程中硫脲的加入量,制备出一系列的Co₃（PO₄）₂-Ni₂P-Ni₃S₂@NF-x催化剂,系统地研究了S掺杂量对材料析氧性能的影响,获得的材料作为析氧电催化剂时,表现出较好的电催化活性,说明在反应物中加入适量的硫脲进行S元素掺杂能明显改善复合催化剂的性能。优化的Co₃（PO₄）₂-Ni₂P-Ni₃S₂@NF-4电极,在1.0 M KOH溶液中,电流密度为10 mA cm^-2和20 mA cm^-2时,过电势分别为306mV(η₁₀=306 mV)和331 mV(η₂₀=331 mV),Tafel斜率为76.8 mV dec^-1,并且在电流密度为10 mA cm^-2下连续测试12 h后,当电流密度为20 mA cm^-2时,过电势仅衰减了11 mV,显示出较好的电催化析氧活性。