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氢气作为一种可再生的清洁能源引起了广泛的关注,其燃烧热值高、燃烧产物洁净被认为是替代传统化石燃料的最佳载体。目前,工业上一般从水煤气或者天燃气中获得氢气,这种方法需要消耗大量的化石能源,最终会产生CO2并增加温室气体排放。地球上水资源储量丰富,电解水制备氢气是缓解能源危机以及全球气候变暖问题的理想选择。电解水由在阳极处发生的析氧反应(OER)和在阴极处发生的析氢反应(HER)两个半反应组成。其中,相比于HER过程,缓慢的动力学过程、四个质子/电子复杂的传输过程以及形成氧氧双键的高活化能导致OER过程需要更大的过电位。众所周知,贵金属基催化剂(如Pt、Ru、Ir和相应的氧化物)具有优异的电催化性能,但它们的高成本和稀有性使它们不能大规模应用。因此,设计低成本、高效率、高稳定性的双功能电解水催化剂是加快电解水技术发展的关键。过渡金属化合物由于具有优异的催化性能、易于修饰与改性、丰富的储量以及低廉的价格在电催化、光催化、超级电容器、燃料电池以及锂离子电池等领域具有广泛的应用。大量研究表明,双金属/多金属化合物的电化学性能往往优于单金属化合物,并且将其与导电基底结合可以显著提高电子传输速率,从而进一步提高催化活性。本文通过构建异质结构和掺杂改性的方法,在泡沫镍基底上制备不同的Ni-Fe双金属化合物来探究其OER、HER以及全解水性能,具体研究内容如下:(1)采用两步水热法在泡沫镍基底上制备了异质结构的NiFe-LDH@Ni3S2复合物阵列。与传统的表面长纳米片结构不同,本文中所制备的电催化剂具有特殊的片上外延生长片结构,这种异质结构可以提供大量暴露的催化活性位点。同时,催化剂直接与泡沫镍接触能够提高电子的传输速率。电化学测试结果表明,异质结构的Ni1Fe10-LDH@Ni3S2/NF复合物对析氧反应(OER)和析氢反应(HER)的催化活性均优于单组分的Ni1Fe10-LDH和Ni3S2。对于析氧反应,其只需要223 mV的过电位就可以驱动20 mA cm-2的电流密度,同时表现出仅仅48 mV/dec的塔菲尔斜率。对于析氢反应,其仅需要172 mV即可获得10 mA cm-2的催化电流密度。此外,在两电极体系中,Ni1Fe10-LDH@Ni3S2/NF同时作为阳极和阴极,其只需要1.65 V的电压即可达到10 mA cm-2的电流密度并且在连续12小时的稳定性测试中仍保持稳定。(2)采用水热法在泡沫镍基体上制备铁镍前驱体,然后通过低温磷化法制备不同铁镍比例的NiFe-P/NF纳米片阵列,并对NiFe-P/NF纳米片阵列的形貌和电化学性质进行了探究。电化学测试结果表明,Ni6Fe4-P/NF具有最高的电催化活性和最小的Tafel斜率。对于析氧反应,Ni6Fe4-P/NF阵列只需要321 mV和415 mV的过电位就可以达到50 mA cm-2以及100mA cm-2的电流密度。对于析氢反应,Ni6Fe4-P/NF分别只需要186 mV以及278 mV的过电位即可驱动20 mA cm-2和50 mA cm-2的电流密度。在标准的双电极系统测试中,将Ni6Fe4-P/NF阵列同时作为阳极和阴极进行全解水性能测试,其只需要1.57 V和1.65 V的电压就可以达到10 mA cm-2以及20 mA cm-2的电流密度。磷元素的掺杂以及双金属阳离子的协同作用是催化性能提高的重要原因。