环境污染、能源短缺问题日益严重,开发清洁可再生的新型能源刻不容缓。氢能凭借其清洁无污染、来源丰富可再生的优点被广泛关注。电解水是一种绿色的制氢方法,水在电解时,阴极发生还原反应产生氢气,而阳极发生氧化反应产生氧气,过程中不产生污染物。在实际生产反应中,需要选择合适的催化剂来降低析氢与析氧过电位,以节约能耗。目前最好的析氢催化剂是贵金属Pt,析氧催化剂是IrO2,然而高成本、低丰度的特点限制了贵金属催化剂的大规模使用。因此,对来源丰富、成本低廉的非贵金属催化剂进行开发、制备创新与结构设计,是目前的研究趋势。首先,对于析氢反应,设计了一种由内而外渗碳法制备二维的Mo2C。先是利用化学包覆法在硅片表面包覆碳层,再磁控溅射沉积钼层,然后加热原位渗碳碳化。通过调控碳层钼层的厚度,可以简单直接的制备出无积碳的表层富钼的碳化钼。由结构表征与电化学测试可知,相比于表层富碳的Mo2C,表层富钼的Mo2C表现出更加优异的析氢性能,在1.0 M KOH的碱性溶液中,当电流密度为10 m A cm-2时,过电位仅为158 m V。该方法克服了传统方法中由外而内渗碳导致的表面碳累积的问题,并且首次探究了碳化钼表面结构对析氢催化性能的影响。其次,对于析氧反应,利用一步水热法制备了在碳布上生长的Co3O4纳米线阵列,这种三维的结构有利于反应过程中的物质传输与气体扩散。在此结构基础上进行了Fe掺杂,可有效提升Co3O4的催化性能,通过控制不同Fe掺杂量进行对比研究,发现当钴铁投料比为8:1时,催化剂的析氧催化活性最高,在1.0 M KOH的碱性溶液中,达到100 m A cm-2的高电流密度仅需448 m V的过电位,并且具有良好的稳定性。