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随着环境污染和能源危机问题的日益加剧,可再生性清洁能源的开发利用受到越来越多的关注。在新能源开发利用过程中,太阳能、风能和潮汐能等能源,由于其自身的波动性、随机性和地域性等问题,使其产生的电能并网难,并且受国家电网安全约束使其跨区输送能力不足,而造成产能过剩。电解水技术恰能利用这部分过剩的电能,将其转化为可以储存、热值高和清洁无污染的氢能源,使这一问题得到解决。水分解在热力学上属于爬坡过程,本身难于发生,需要外力的推动,如电能。与此同时也会伴随着较大的能量消耗,为降低能耗,需要开发经济高效的水分解催化剂。镍铁基催化剂由于价格低廉,电催化性能优异成为广泛研究的对象,其中镍铁层状双氢氧化物(NiFe LDHs)具有独特的类水滑石结构,易于合成,碱性介质中析氧性能优异,但也存在着导电性差和暴露活性位点不充分的问题,是我们主要研究的析氧催化剂。另外,在碱性环境中氢氧化镍与氢氧根阴离子的键强度较弱,成为我们选取析氢催化剂的重点。本论文主要是通过异质构建的方式暴露NiFe LDHs的边缘活性位点,提高其析氧性能;将完全剥离的NiFe LDHs作为载体,负载IrO2纳米粒子激活基面活性以协同催化析氧反应;另外,以Ni(OH)2纳米管为载体,负载Pt纳米粒子,以达到提高Pt固有活性和协同催化析氢的目的。主要研究工作和结论如下:(1)制备了 Ni纳米管阵列(Ni NTAs)和具有界面强相互作用的NiFe LDH包覆的Ni NTAs三维异质结构(NiFe LDH@Ni NTAs),研究了 NiFe LDH与Ni NTAs的耦合对其析氧性能的影响。结果表明,NiFe LDH和Ni NTAs的耦合促进了中间金属Ni层到外部NiFe LDH层的电子转移,超薄NiFe LDH纳米片的高度分散暴露了更多边缘活性位点,同时达到了提高NiFe LDH导电性和暴露更多活性位点的目的,提高了 NiFe LDH催化剂的析氧反应(OER)性能,其在10 mA cm-2处的析氧过电位为191 mV。(2)合成了多层NiFe LDHs(bulk-NiFe LDHs)及通过逐层剥离获得了单层NiFe LDHs(SL-NiFe LDHs),通过外加入锚定官能团作为配位点的方式,制备了 IrO2负载的 SL-NiFe LDHs(IrO2@SL-NiFe LDHs),成功抑制了IrO2纳米粒子在NiFe LDHs上的团聚,实现了 IrO2和SL-NiFe LDHs的有效复合。对IrO2@SL-NiFe LDHs的结构和组成进行了分析,并对其析氧性能和析氧机理进行了研究。结果表明,在IrO2@SL-NiFe LDHs体系中,边缘Ir位点更有利于氧的形成,SL-NiFe LDHs的氧位点更有利于水解过程中O-H键的断裂,IrO2和NiFe LDHs的复合促进了 OER;同时SL-NiFe LDHs上氧空位的生成,有利于促进电荷迁移速率,降低OER能垒,进一步提高OER性能,相比于SL-NiFe LDHs其在10 mA cm-2处的析氧过电位降低了57 mV。(3)制备了含有Ni的Ni(OH)2纳米管阵列(Ni-Ni(OH)2NTAs)和纯相Ni(OH)2纳米管阵列(Ni(OH)2 NTAs)结构,通过电沉积的方式将Pt纳米粒子负载在纳米管阵列上,制备了 Pt@Ni-Ni(OH)2 NTAs和Pt@Ni(OH)2 NTAs析氢催化剂,对其进行了结构组成分析和析氢性能测试。结果表明,在碱性条件下,亲氧表面Ni-Ni(OH)2 NTAs,Ni(OH)2 NTAs和贵金属Pt的复合有利于析氢反应(HER);并且含有金属Ni的Ni(OH)2 NTAs更利于诱导Pt粒子的沉积,进而提高了 Pt的固有活性,促进HER,其在10 mAcm-2处的析氢过电位仅为27 mV。