经济与能源的迅速发展所产生的环境问题日益严重,因此,对绿色、可再生能源的研究和应用也越来越受到人们的重视。氢能,由于其高效、可再生且无污染的优点,被认为是未来替代化石燃料的理想选择。电解水是生产可再生和稳定的氢能的主要途径。为了提高电解水效率并降低其成本,关键是为电解水反应开发高效、低成本、低过电位和低Tafel斜率的电催化剂。近年来,用低成本的过渡金属基催化剂替代贵金属催化剂越来越受到人们的关注。但是过渡金属基催化剂的活性和稳定性依旧普遍低于贵金属基催化剂。根据以上问题,我们在制备纳米结构阵列的基础上,通过构建复合结构、离子掺杂和特殊组成等方式有效地增强了过渡金属基电催化剂的电解水性能。主要研究内容如下:（1）优化Co_x-Fe_y-P中Fe的含量,可以调节Co_x-Fe_y-P的形貌结构以及催化性能。适量的Fe有助于催化剂电化学活性表面积的增加、加快电子转移速率,且异质元素间的强电子相互作用也能促进其优异的催化性能。（2）复合纳米线阵列NiCo₂O₄@Ni_xCo_y LDH/NF产生的协同效应可以提高催化剂整体的电荷转移速率及催化活性。并且通过调整Ni_xCo_y LDH中的Ni/Co摩尔比,在NiCo₂O₄和Ni_xCo_y LDH界面上的异质元素Ni和Co之间的强电子相互作用最终会促进复合催化剂整体的催化性能。（3）将FeOOH电沉积在NiCo₂O₄纳米线上制备NiCo₂O₄@FeOOH/NF三维核-壳结构。通过优化电沉积时间来控制FeOOH壳层厚度,实验结果表明FeOOH层厚度对复合催化剂整体的电解水催化性能有重要影响。另外,NiCo₂O₄与FeOOH界面的强电子相互作用对其优异的催化性能起着至关重要的作用。（4）通过改进的磷化方法,在碳布上原位垂直生长三维镍钴磷酸盐纳米线阵列。实验结合密度泛函理论计算表明,三维形貌、[PO₃]的掺入、导电基体和NiCo混合磷酸盐的协同作用,使催化剂具有优越的电催化活性。（5）利用电沉积和改进的磷化方法首次制备了Na掺入的钴磷酸盐纳米线阵列。该催化剂材料显示出很强的电解水催化活性。此外,使用2.62%Na-Co₂P₂O₇/CC作为双功能催化剂应用于两电极体系时具有显著的性能和长期稳定性。并且采用2.62%Na-Co₂P₂O₇/CC电极组装成的钠离子全电池可以驱动以2.62%Na-Co₂P₂O₇/CC电极同时作为阴极和阳极全解水。