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由于地球上化石能源储备有限以及其燃烧产生的气体对环境的污染问题,科学家正在寻求一种干净、可再生能源来代替化石能源。在众多新能源材料中,氢气因为高的燃烧热、清洁的燃烧产物(水)被认为是是一个很好的替代品。电解水制氢是众多的制氢方法中最清洁、最高效的方法之一。然而,通过电解水制氢仍然存在一些问题。电解水反应包括发生在阳极的析氧反应(OER)和发生在阴极的析氢反应(HER),由于这两个反应动力学缓慢(尤其是析氧反应),许多昂贵的贵金属催化剂被用于催化析氢反应(贵金属Pt等)和析氧反应(Ru02、IrO2等)。资源的稀缺和价格地昂贵限制了电解水制氢的推广。将贵金属负载到非金属基材上从而尽可能减少贵金属含量是解决该问题的方案之一,通过减小贵金属颗粒的尺寸,可以暴露更多活性区域以增加催化活性。另一种解决方案是寻找具有优异电解水催化性能的非贵金属催化剂材料。本文设计并合成了不同类型的高活性电解水催化剂。研究了这些催化剂的析氢和析氧性能如下:(1)以OsCl3·3H2O、HAuCl4·4H2O、硅纳米线(SiNWs)为原料,通过水热法获得Os-Au-Si三元体系复合物用于酸性电催化析氢。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)对该材料进行结构表征,证明成功合成了 Os-Au-Si三元体系复合物。电化学测试表明当电流密度为10 mA·cm-2时,过电位为59 mV,甚至可以和40%商业铂碳(47 mV)相比较。当过电位大于170 mV时,HER性能全面超过商业铂碳,Tafel斜率为25 mV·dec-1。在长达30000 s的电化学测试过程中依然表现出优异的电化学性能和很好的稳定性。(2)以 Fe(NO3)3·9H2O、Co(NO3)2·6H2O、Cu(NO3)2·3H2O、硫代乙酰胺、乙二胺和1-丁醇为原料,通过水热法得到前驱体。将前驱体洗涤,干燥并在真空中锻烧,从而获得Co9S8-CuS-FeS三元金属硫化物三维花状结构。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N2吸脱附(BET)、扫描电镜(SEM)进行了结构表征。将Co9S8-CuS-FeS三元金属硫化物作为阳极电极材料测试碱性条件下的OER性能,表明该催化剂在电流密度上全面超过商业氧化钌(RuO2),当电流密度为10 mA·cm-2时,过电位为0.3 V,Tafel斜率为79 mV·dec-1。长达50000 s的稳定性测试表明该催化剂具有稳定的OER催化性能。(3)以 Co(NO3)2·6H2O、Cu(NO3)2·3H20、碳点(CDs)、尿素、乙二胺和异丙醇为原料,采用水热法制备前驱体。洗涤和干燥后,通过真空煅烧获得最终产物CoO-Cu-CDs。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)表征催化剂的结构。碱性条件下的电化学电流测试表明,OER催化剂的电流密度超过商业氧化钌,当电流密度为10 mA·cm-2时,过电位为0.289 V,Tafel斜率为82 mV·dec-1。在长达50000 s的稳定性之后仍然表现出优于商业氧化钌的OER性能。