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日益增长的能源需求和有限的化石能源储备,以及逐渐严重的生态问题,使得开发清洁可再生能源备受关注。在目前发现和开发的众多可持续能源中,太阳能、风能和潮汐能虽然储量丰富,但其间歇性和不平衡性使得需要开发储能/转换系统。氢能资源分布广、易存储、燃烧产物无杂质而且能量密度高,是未来最具有开发潜力的能源之一。电化学水分解是将电能转化为高能量密度氢燃料的一种很有前途的技术,具有高输出和零碳排放的优点,同时可以与其他可再生能源灵活联合使用,将这些可再生能源以化学能的形式存储起来。因此电化学水分解是一种十分理想的可持续清洁能源生产技术。电解水反应包括两个半反应:阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER）。为了能够有效地催化水分解反应,阴极和阳极都需要高效稳定的电催化剂,然而Pt和Ru/Ir基贵金属材料是目前用于水裂解最先进的电催化剂,但它们的应用仍然受到价格昂贵、储量少的限制。因此,通过生态友好的合成策略设计低成本、高效的电催化剂是非常有必要而且充满挑战的。本论文主要针对高效、廉价、稳定的电解水催化剂,通过元素掺杂、形貌构筑、材料复合等技术设计具有良好催化活性的电催化剂。并进行相应的机理探讨,主要包括以下三个工作:1)首次选择了具有4f电子的Ce和N作为客体原子掺杂到CoP纳米棒阵列的主体催化剂中。Ce和N共掺杂显著改善了CoP的内在催化活性和动力学。材料在所有pH条件下都具有高效稳定的析氢性能。这种催化性能使Ce、N共掺杂的CoP纳米棒阵列成为备受期待的全pH耐受催化剂。2)通过低温氟化的方法对前驱体CoFe-PBA/CC进行刻蚀,形成面心内陷结构的CoFeF立方体,缩短电荷之间的转移路径,提高反应动力学。在碱性介质中,作为OER催化剂表现出优异的催化性能。3)通过气相沉淀法制备了在导电碳布上生长良好的ZIF67/CC。然后通过低温磷化的方法形成Co2P-CoP/CC,材料在HER和OER过程中均表现出优秀的电催化性能,而且作为双功能催化剂用于整体水分解反应时,也表现出良好的催化性能和稳定性。