21世纪以来,世界经济的高速发展伴随着严重的能源消耗,传统的化石燃料因其不可再生性以及环境污染性而限制了发展。因此,新能源的开发与利用就成了科学研究领域的一个新的焦点。氢能是是一种经济、环境友好型能源,电解水制氢是获取氢燃料的一种很好的渠道。电解水制氢存在氢析出（HER）和氧析出（OER）两个重要的反应过程。金属-空气电池是一种新型的、环境友好型能源储存载体。金属-空气电池工作中存在氧还原（ORR）和氧析出（OER）两个关键的反应过程。为了提高这些反应过程的效率,催化剂扮演者很重要的角色。因此,寻找合适的高效催化剂就成为了电解水制氢和金属-空气电池研究的首要问题。本论文研究内容包括三部分工作,即设计与制备了三种碳基Mo,Co系催化剂材料,并对其结构进行表征,还对其电催化产氢（HER）,电催化产氧（OER）,电催化氧还原（ORR）的性能进行了研究。研究内容一,以源于葵花籽壳的硫和氮共掺杂的碳（SNC）为基体的Mo2C基催化剂（Mo2C@SNC）已被成功地合成。Mo2C@SNC中,Mo2C颗粒以约5至8 nm的尺寸范围均匀分布在硫和氮掺杂碳的基质中。此外,Mo2C@SNC还具有大的比表面积。这些特殊的结构特征导致Mo2C@SNC对于析氢反应（HER）具有良好的电催化活性。在1 M KOH电解液中获得10 mA·cm-2的电流,Mo2C@SNC只需一个低至60 mV的超电位即可。Mo2C@SNC也具有良好的稳定性,在扫描2000圈后,LSV未发生明显变化。其析氢率达到90.2μmol·h-1,且法拉第效率几乎达到100%。在酸性条件下,Mo2C@SNC的电催化产氢性能也十分优异。我们预计,Mo2C@SNC将成为获取氢能源的一种新型材料。研究内容二,为了探索高效廉价的电析氢电催化剂（HER）,以Na2MoO4和碳酸饮料为前驱体,成功地在N、P共掺杂的介孔碳基体上负载了约8～10 nm的Mo2C纳米粒子。得到的电催化剂Mo2C@NPC尺寸小,尺寸约为200～300nm。Mo2C@NPC的表现非常出色。在1MKOH中表现出优异的电催化活性,其过电位为60 mV,塔菲尔斜率为63 mV·dec-1,达到10mA·cm-2的析氢反应电流密度（HER）。为了实现水的整体分解,在Mo2C@NPC的结构中掺杂Co,获得了一种新的电催化剂Co/Mo2C@NPC。Co/Mo2C@NPC具有优异的析氧反应（OER）活性。在相同条件下,获得10 mA·cm-2电流密度,其过电位仅为360 mV。电催化剂也具有优异的耐久性,经过1000次循环和10 h长期的HER和OER测试,电流保持稳定。为了实现H2O的全分解,以Mo2C@NPC和Co/Mo2C@NPC为阴极和阳极构建了电解池。为了获得电流密度为10 mA·cm-2的电流,仅需要1.60V的电压。我们期望Mo2C@NPC和Co/Mo2C@NPC电催化剂可以作为一种新的材料来实现H2O的全分解。研究内容三,锌-空气电池作为一种有前景的储能设备,具有比其他充电电池更高的能量密度、重量轻、结构紧凑的优点,是电动汽车的理想选择。对于锌-空气电池,空气阴极的活性对其性能起着重要的作用。本文报道了以廉价的滤纸前驱体为原料,以三维介孔碳为基体制备Co3O4基块状电极。该电极在氧还原（ORR）和析氧反应（OER）工艺中表现出优异的活性和耐久性,其中ORR和OER具有小的半波电位（ORR1/2=0.811 V）和低过电位（OER10=1.518 V）。该电极直接作为空气阴极,成功地组装了可充电锌-空气电池。在放电过程中,该锌-空气电池的最大功率密度达到71 mW·cm-2。此外,它还具有较高的比容量（828 mAh·g-1,20mA·cm-2,544 mAh·g-1,50mA·cm-2）和充放电过程中的小电压间隙（0.91 mV,10 mA·cm-2）。作为充电电池,经过长时间充放电实验,也显示出良好的稳定性。因此,我们找到了一种简单而方便的方法制造廉价和有效的双功能空气阴极的可充电锌-空气电池。