随着社会发展对能源需求的增加以及化石燃料消耗所带来的能源及环境问题,各国政府都陆续颁布了促进清洁能源的开发和环保生产方式转换的相关政策。山东省人民政府也出台了相关的规划,在规划中把新能源,新材料的基础与战略意义放在第一位,鼓励对清洁能源的大力开发。氢气是一种燃烧产物无污染且绿色环保的清洁能源,引起了越来越广泛的关注。电解水制氢是目前最为清洁环保的制氢途径,高效的催化剂对这一方法的广泛推行尤为重要。过渡金属纳米材料由于其优异的电化学性质在国内外相关领域受到了越来越多的研究,在能源生产及储存和传感等多个方面存在着潜在的应用前景。这类材料一方面可以成为电解水制氢的高效催化剂,另一方面在生物传感应用等方面也存在潜在可能。阵列材料往往具有更充足的反应空间,能获取最高效的性能,同时均匀的阵列材料能直接应用于电化学测试,更为准确快捷,因此本研究课题将围绕上述两方面需求,设计制备几种新颖的过渡金属纳米材料并探究其电化学应用。主要研究内容如下:（1）通过水热法与低温磷化技术结合,制备了生长在碳布上的磷化铜磷化钴混合纳米线阵列（Cu₃P-CoP/CC）并探究其电催化制氢的表现。Cu₃P-CoP/CC作为催化电极在0.5 M H₂SO₄中,达到10 mA cm^-2的电流密度只需要59 mV的过电势,这一表现优于多数的酸性析氢催化剂。此外,Cu₃P-CoP/CC也展现出良好的电化学稳定性,可以保持其活性至少15小时。（2）探究了元素掺杂对于磷化物析氢反应能力的影响。首先在钛网上制备铝镍双金属氢氧化物（AlNi-LDH/TM）,后经低温磷化制备得到铝掺杂的磷化镍纳米片阵列（Al-Ni₂P/TM）。Al-Ni₂P/TM阵列电极在1.0 M KOH中达到10 mA cm^-2的电流密度只需要129 mV的过电势,掺杂明显提升了Ni₂P的析氢表现。此外,该材料在158 mV过电势下能保持其催化稳定性至少20小时。（3）锰基的材料一般被报道用来做水氧化催化剂,同时锰也具备丰富的储量和低廉的价格,因此探究锰能否作为掺杂剂去改善材料的催化表现对催化剂的设计具有开创意义。经过两步水热制备得到生长在泡沫镍基底上的锰掺杂的硫化镍纳米片阵列（Mn-Ni₃S₂/NF）。通过实验验证,Mn-Ni₃S₂/NF在1.0 M KOH中达到10 mA cm^-2的电流密度只需要152 mV的过电势,Mn可以作为掺杂剂去提升材料的催化表现。（4）除了新能源的开发之外,探究绿色环保可持续的能源生产方式也是缓解化石燃料能源危机和环境污染问题的重要手段。氨气在生产肥料、炸药、农作物以及药物生产等方面应用广泛,因此对于社会经济具有重要意义。目前氨气生产方式主要是哈伯法,这一方法需要消耗巨大能源并伴随二氧化碳排放,电化学氮还原（NRR）在这样的背景下被视为有前景的生产氨气方式。这个工作中,通过静电纺丝技术与高温煅烧结合制备了氧化铬纳米纤维（Cr₂O₃ NF）,该材料具有良好的NRR选择性并且氮还原表现出色。在0.1 M HCl中,最高可实现8.56%的法拉第效率,表现优于多数已有报道的NRR催化剂。（5）自支持的MoS₂纳米片阵列（MoS₂/CC）通过一步水热法制备得到并将其成功应用于H₂O₂的检测,多种表征测试方式证明了材料的合成。在检测中,MoS₂/CC电极表现出优异的选择性和灵敏度,H₂O₂的浓度检测线性范围为0.005-3.0 mM,检出限为0.03μM,灵敏度为5337.5μA mM^-1 cm^-2。这表明过渡金属元素阵列电极在传感方面具有潜在的应用前景。