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氢气具有清洁、环保、可循环使用等优点,电催化分解水是获取高纯氢气的有效途径之一。使用贵金属作为电解水催化剂可以有效降低反应能耗,提高生产效率,但贵金属储量低、价格昂贵且易失活,这些问题极大限制了它们的大规模商用。杂原子掺杂碳材料具有独特的电子结构和较强的酸碱耐受性等优势,但其在分解水性能上仍与金属基材料存在明显差距。为此,本论文以碳纳米管为研究对象开展新型高性能电催化分解水催化剂的研究。以三聚硫氰酸、植酸和苯胺等为杂原子源,通过溶液浓缩和缩合-聚合以及后续的惰性气氛热处理等实验技术,在碳纳米管的结构中掺入杂原子,或者在碳纳米管的表面构筑杂原子掺杂碳层,制备了氮硫共掺杂碳纳米管和氮磷共掺杂碳包覆碳纳米管。通过改变杂原子源的加入量、热解温度等实验参数调控掺杂碳材料的形态和组成,重点研究了杂原子的掺杂与材料电催化分解水活性之间的内在联系及其规律。系统考察了制得的氮硫共掺杂碳纳米管和氮磷共掺杂碳包覆碳纳米管的电催化分解水性能。其中,在酸性体系下(电解液为0.5 mol L-1 H2SO4)驱动析氢反应达到10 mA cm-2的电流密度时,氮硫共掺杂碳纳米管（NSCNT-900）和氮磷共掺杂碳包覆碳纳米管（CNT@NPC-900）所需的过电位分别为206 mV和167 mV,能够优于大多数已报道的无金属析氢催化剂;在碱性体系下(电解液为1.0 mol L-1 KOH)驱动析氧反应达到10 mA cm-2的电流密度时,NSCNT-900和CNT@NPC-900所需的电位分别为1.63 V和1.58 V,也明显优于大部分已报道的无金属析氧催化剂。构建了氮磷共掺杂碳包覆碳纳米管的理论模型。采用密度泛函理论（DFT）计算模型的态密度和表面吉布斯自由能,分析反应中间体在材料表面的吸附、解离和脱附过程,探讨了材料的电催化析氢化反应机制。