由于化石能源的不可再生性、能源需求和气候变化的紧迫性,人们对我们能源未来安全和社会的可持续发展显示出了高度重视。氢气能源因其高的能量密度和发热值被誉为人类的“终极能源”。在目前的制氢方法中,电催化水制氢成为研究的热点,但目前商业使用的贵金属催化剂成本高且储量有限阻碍了它们的大规模使用。过渡金属基催化剂具储量高、成本低且电子结构独特,在电催化领域有巨大的应用前景。其中,铁基化合物(如铁基氧化物、羟基氧化物等)具有天然丰富、无毒且在强碱性条件下也具有高催化性能等优点,适用于电催化、超级电容器等电化学领域。氟基化合物作为一类很有前途的活性材料,其离子特性比硫化物、磷酸盐、氧化物和氮化物等其他常用材料具有一些优势,已受到越来越多的关注。因此本文以铁基氟化物和氧化物为研究对象,通过对其微观调控或者进行离子掺杂得到新型过渡金属催化剂,提高其电催化析氧性能,并探究其作为电解水催化剂的催化作用机理,为电解水析氧催化剂提供了新思路。首先前驱体氟化铁(Fe F3)通过一步简单的溶剂热法,在210℃下成功地将O原子替换F原子得到了纯净的Fe2OF4纳米棒。在反应过程中随着时间的增加,Fe F3在正丙醇的作用下慢慢向Fe2OF4转变,在反应时间20～22 h得到的是较为纯净的纳米材料,随着反应的继续,纳米棒两端开始出现分裂,Fe元素也被慢慢还原为Fe2+,最终转变为Fe F2。LSV测试数据显示,Fe2OF4/NF仅需237 m V的析氧过电位就可以获得100 m A cm-2的电流密度,LSV对应的塔菲尔斜率仅为39.8 m V dec-1,优于前驱体Fe F3、Fe3O4以及商用催化剂Ru O2。将Fe2OF4/NF用作双功能催化剂进行全水分解,电流密度10 m A cm-2时的外加电压是1.604 V,同时Fe2OF4/NF工作电极在500 m A cm-2的高电流密度下持续运行1000 h依然能保持稳定。这是因为F的存在提高了氧化物的界面电荷传递效率,而O的存在能够有效降低Fe-F键的极性,使得材料的内阻大大降低。同时基底泡沫镍也参与其中,形成Ni-O-Fe键,Ni和Fe的同时存在也使得材料的电催化析氧活性大大提升。在上述研究的基础上,在泡沫镍基底上电沉积Fe3O4后进行相关的物理表征和电化学表征,将其作为自支撑电极研究其电催化性能的优劣。然后对其进行简单的F掺杂,探索F掺杂对Fe3O4/NF电催化析氧性能的影响。研究发现在沉积过程中沉积温度和Fe3+离子的浓度都起着重要的作用。在相同的沉积温度下,随着Fe3+的浓度的增加,沉积速率也增加。OER极化曲线显示,F-doped Fe3O4/NF在相同的电流密度下具有更低的过电位,表明F的加入使得未掺杂的Fe3O4/NF的电催化析氧性能有了明显的提升。同时Tafel斜率也表明F-doped Fe3O4/NF具有更有力的析氧反应动力学,是因为F掺杂氧化物基质可以提高体系的电导率和吸收系数,从而加速电催化反应中的电荷传输。