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自从工业革命开始以来,人类正以前所未有的规模和速度消耗煤炭、石油和天然气等传统化石燃料以满足世界经济快速增长的能源需求。然而,过度的能源消耗导致了一系列的环境问题,如二氧化碳含量增加、大气污染和全球气候变暖等,这些不可忽视的问题严重限制了人类社会的可持续发展。因为可以仅使用可再生电力作为动力来源将地球上储量丰富的水资源转换为清洁能源,电催化分解水（HER和OER）被认为是一种极具发展潜力和应用市场的方法。作为电催化研究领域的热点材料之一,镍基电催化剂（如NiS2和NiFe-LDH）因其高效的分解水性能而受到了广泛的关注,但是它们的大规模应用却受到了较高过电势和较差稳定性的限制。本论文立足于当前能源挑战与环境问题,通过合理设计一系列实验以降低镍基电催化剂的过电势和提高稳定性等,并结合密度泛函理论（DFT）计算深入系统地研究反应机理,以期为制备高效的镍基电催化剂提供实验支持与理论指导。主要研究内容如下:1.通过采用原位化学气相沉积（CVD）法成功制备了镍钼双金属硫化物复合纳米线（NiS2/MoS2 HNW）并将该复合材料应用于全范围的pH析氢研究。研究结果表明,NiS2/MoS2 HNW具有多孔和一维（1D）的几何结构并获得了丰富的边缘反应活性位点、快速的电子转移途径和大量的纳米级异质晶格界面。同时,DFT计算证明NiS2的（210）晶面和MoS2的（002）晶面之间形成的异质晶格界面可以促进H2O的解离以及OH和H的化学吸附,从而实现高效的全范围pH析氢。得益于双金属硫化物通过界面修饰工程实现的反应活性位点的富集和电子的再分布,NiS2/MoS2 HNW获得了明显降低的Volmer反应能垒和提升的反应动力,并显示出比单一组分更优异的HER性能。2.在前期工作的推动下,采用一种巧妙设计的模板辅助法制备了钼镍双金属硫化物锚定的三维氮掺杂石墨烯复合材料（3D MoS2-NiS2/NGF）。研究结果表明,3D NGF因其互通的管状结构而极大地增加了与MoS2-NiS2的接触面积,同时为电子的转移提供了多重路径并促进气体产物的脱附。此外,MoS2-NiS2的异质晶格界面也促进了H2O的解离与H和OH的化学吸附。MoS2-NiS2/NGF复合材料能够充分结合3D结构和双金属硫化物的优势,从而获得更多的离子传输通道、更丰富的反应活性位点和更低的过电势。NGF和MoS2-NiS2之间的协同效应以及化学相互作用是实现良好的HER、OER和全解水性能以及优异稳定性的主要因素。3.使用HF溶液刻蚀V2AlC前驱体制备了V2CTx（V-MXene）,进一步采用CVD法制备了NiS2纳米颗粒负载的V-MXene三明治结构复合材料NiS2/V-MXene)。以广泛使用的Ti3C2Tx（Ti-MXene）作为对比,采用理论与实验相结合的方式研究了它们的本质特性和HER性能。DFT计算表明,NiS2/V-MXene体系相比于NiS2/Ti-MXene具有更强的相互作用和电子转移能力。与理论预测相一致,实验结果证实NiS2/V-MXene的HER性能比NiS2/Ti-MXene更好。NiS2/V-MXene三明治结构不仅可以防止V-MXene发生堆叠以暴露更多的反应活性位点,而且还有利于为电子转移和气体扩散提供更多的接触界面和途径,这些都是实现优异HER性能的有利因素。4.采用低廉的OER催化剂NiFe-LDH作为主体成分,通过简易的水热法制备了含有石墨炔碳添加剂的复合电催化剂（GDY/NiFe-LDH）。得益于GDY较大的π共轭结构以及共轭二炔键（-C≡C-C≡C-）和Ni/Fe之间有助于电子转移的化学相互作用,GDY/NiFe-LDH在1.0 M KOH溶液中展现出卓越的OER性能,即达到10 mA cm-2的电流密度仅需260 mV的低过电势。此外,GDY/NiFe-LDH优异的性能也归因于GDY的碳原子蜂窝状排列和3D多孔结构,为离子传输和电子转移提供了更多路径。DFT计算证明GDY与其他的碳材料（RGO和CNT）相比具有更优越的电子捕获与转移能力,表明其具有作为优异碳添加剂来促进电催化剂OER性能的巨大潜力。