有效的电解水催化剂在人工光合系统和太阳能燃料中起着至关重要的作用。在温和条件下开发低成本且高活性的析氢、析氧催化剂具有很大的挑战性。如今,基于新颖的超薄钴基纳米片复合材料的电催化应用潜能获得了人们的关注。因其独特的化学、物理特性,使得它在电催化领域具有广泛的应用。但是钴基(CO3O4、CoP、CoS)纳米片导电性差、易于堆积等特点使它的电化学活性面的暴露降低。为了实现更好的应用,我们采用两个策略充分提升钴基纳米片电催化性能,研究内容如下:1、通过一步水热法制备超薄二维CO3O4纳米片/还原氧化石墨烯(rGO)纳米复合物,并将其应用于析氧电催化反应。超薄Co304/rGO纳米复合物在碱性条件下展现出强稳定性、290 mV过电位、68 mA dec-1塔菲尔斜率,具有优异的电催化性能,该结果明显优于纯CO304颗粒。为验证该合成方法的普适性,将实验从二维rGO拓展至零维(0D)碳球(CS)、一维(1D)碳纳米管(CNTs)。随着纳米碳材料维度的递增,复合材料的氧空位比例提升、电化学活性比表面增加、电催化析氧(OER)性能提升,结果表明电化学活性与碳基底的表面积密切相关。碳材料的加入增强了材料的电子传输率并且阻止活性纳米片的团聚问题,以形成复合材料的构效关系。与目前报道的部分含CO304复合物相比,超薄Co3O4/rGO纳米复合物展现出优异的OER性能。2、以泡沫镍(Ni foam)为基底原位合成一系列有序超薄钴基纳米片阵列,得到超薄 CO3O4/Nifoam、CoS/Nifoam、CoP/Nifoam 自支撑复合电极,并对其进行电催化全水解研究。其中,CoP/Ni foam电催化剂展现出最优异的析氧、析氢性能。在1.0MKOH条件下,析氧过电位仅为265 mV,这归因于该电极材料在碱性电催化条件下形成的CoP/CoOx的包层结构。相同条件下,该电极的析氢(HER)过电位为165 mV。将CoP/Ni foam纳米复合物同时作为碱性电解槽的阴阳极催化剂,具有1.61 V槽电压。