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近几年来,随着环境污染的加剧和人类对非可再生资源认识的加深,为了减少对化石能源的依赖,人类急需寻求一种更清洁、更廉价、更方便和更有效的能源供给方式。氢气作为21世纪最理想的清洁能源,逐渐引起全球科学家的关注。针对电催化制氢气成本高和稳定性差等制约因素,本文通过研究电催化分解水的氧气析出反应(OER)和氢气析出反应(HER)催化剂以及催化分解水的双功能催化剂,寻求实用性的低成本和高效稳定的催化剂材料。本论文具体内容主要包括以下几个方面：1.设计了一种钴卟啉配合物催化产氧的分子催化剂合成了钴卟啉配合物,研究了其催化水氧化的研究。实验结果证明钴卟啉配合物负载到导电玻璃FTO作为阳极可以催化水氧化,过电势仅为530 mV,在1.3V vsAg/AgCl的电位下得到TOF为0.5 s-。通过多种物理和电化学方法证明钴卟啉配合物在水氧化过程中不会分解产生氧化钴,为该种分子催化剂修饰在光阳极上用于光电催化产生02的研究开辟了一条新的途径。2.研究了一系列钴肟配合物为前驱体的异相产氧催化剂将一系列钴肟配合物通过电化学法沉积在FTO上,得到绿色的水氧化催化剂薄膜,呈现出纳米带形貌。与分子催化剂相比,电沉积得到的氧化钴(CoOx)在催化稳定性和效率上都得到很大提高。在1.5 V vs Ag/AgCl的电位下,电流密度>10 mA/cm2。进一步研究结果表明催化剂形貌、电解质种类、电解质的酸碱度、电解质浓度等对催化剂的性能具有很重要的影响。3.研究了Ni2P纳米线用作电催化产氧的催化剂探讨了金属磷化物Ni2P纳米线在强碱性条件下催化OER的性能。经过长时间循环伏安的活化后,Ni2P纳米线的催化性能越来越好,水氧化过电势仅为310 mV。与Ni2P纳米颗粒相比,纳米线结构的Ni2P具有更好催化性能,可能的原因是比表面积较大,并且Ni2P纳米颗粒的团聚现象比较明显是限制其催化性能的主要原因。通过电子能谱的实验证明,Ni2P纳米线的表面形成了NiOx,这是Ni2P纳米线具有催化OER性能的主要原因。4.利用高温法在泡沫镍/石墨烯(G@NF)基底上设计了自支撑的Ni2P-G@NF的电极用于电催化产氢通过一步法制得自支撑的Ni2P-G@NF电极,并用于不同酸碱度电解质下的催化HER性能的研究。这种方法无需将制得的催化剂涂在导电电极上,避免了因为催化剂和电极的结合不好而导致催化性能降低的影响。所选用的泡沫镍基底首先通过CVD方法沉积几层石墨烯,大大增加了泡沫镍的导电性,可以加快催化剂和电极之间的电子转移。实验结果表明,在碱性条件下Ni2P-G@NF电极催化HER的起始电位仅为7.0 mV,催化产氢的电流密度为10 mA/cm2时过电势仅为50 mV。5.通过两步法在泡沫镍基底上设计了一种自支撑的CoNiP@NF电极用于电催化产氢通过水热法和低温热还原法在泡沫镍基底上合成双金属磷化物CoNiP纳米片,构建了自支撑的CoNiP@NF电极,并用于不同酸碱度条件下的电催化产氢性能的研究。这种合成方法,相对于其他高温煅烧金属磷化物法具有成本低和易操作等特点为其他多元金属磷化物的合成提供了有效途径。实验结果表明,在酸性条件下CoNiP@NF电极的Tafel斜率仅为39 mV/dec,催化产氢的电流密度为10 mA/cm2时过电势仅为60 mV。6.通过两步法在泡沫镍基底上设计了一种自支撑的Cu3P@NF电极用于电催化水的全分解通过两步法将金属磷化物Cu3P纳米片生长在泡沫镍基底上,构建了自支撑的Cu3P@NF电极催化水的全分解。通过电化学法及多种物理表征证明Cu3P@NF在强碱溶液中催化水氧化的机理。最重要的是,Cu3P纳米片的催化性能是目前为止在Cu基双功能催化剂中最好的。在1.67 V电压下,水的全分解的电流密度可达到10 mA/cm2。