实现碳中和这一长远目标离不开清洁型能源-氢能的开发,利用可再生能源发电进行电解水制氢是最理想的绿色制氢方式之一。电解水制氢包含析氢反应（HER）和析氧反应（OER）,开发高效的HER和OER电催化电极,降低水分解反应的过电势和能耗,提高能量转化效率,是推进电解水制氢迈向实用化的关键。虽然贵金属及其氧化物如:Pt、Ir、IrO2、Ru和RuO2等具有优异的电催化活性,但其高昂的成本难以满足大规模应用的需求。过渡金属及其化合物具有价格低廉和储量丰富等优势,但为了满足商业化应用的需求还需进一步提升其电催化活性和稳定性。因此,开发高效、稳定且廉价的电催化电极是电解水制氢规模化应用的核心所在。鉴于此,本论文以镍及其化合物为研究对象,从提升催化剂本征活性、增加活性催化位点数目、促进传质等角度出发,设计并制备了系列高效稳定的镍基自支撑结构的电催化分解水电极。具体研究内容及取得的研究成果如下:一、从提高本征催化活性和增强电荷传递能力出发,构建了泡沫镍支撑的NiMo4N5@MoNi4核壳异质结一维阵列高效电催化产氢电极。通过水热法在泡沫镍基体上原位生长NiMoO4一维阵列,利用NH3在适当的温度下进行氮化处理,将NiMoO4一维阵列原位转变为NiMo4N5@MoNi4核壳异质结一维阵列。NiMo4N5具有良好的导电性,可有效地将电荷转移到表面丰富的MoNi4催化位点,而表面的MoNi4在碱性电解液中具有优异的HER本征催化活性。从而,泡沫镍支撑的NiMo4N5@MoNi4核壳异质结一维阵列在碱性电解液中展现出优异的HER性能,在100 mA cm-2的电流密度下仅有70 mV的过电势,优于商业化Pt/C电催化剂,且具有良好的稳定性。二、从提高催化剂本征活性和增加催化活性位点数目出发,利用“拓扑结构转化”方法合成了富含边缘不饱和配位Fe活性位点的自支撑结构的Ni/Fe羟基氧化物电催化产氧电极。基于Ni/Fe草酸盐与Ni/Fe羟基氧化物具有相同的MO6八面体结构单元和化学组分,利用电化学方法将生长于泡沫镍上的Ni/Fe草酸盐直接拓扑转化为具有小尺寸超薄片层结构的Ni/Fe羟基氧化物,该电极在碱性电极液中展现了非常优异的OER电催化性能,在10mAcm-2的电流密度下仅有210 mV的过电势,并且塔菲尔斜率仅为32 mVdec-1,并且在400～600 mA cm-2大电流密度下稳定运行2000小时无衰减。其优异的性能归因于拓扑转化过程中产生丰富边缘不饱和配位Fe活性位点,作为OER反应的活性中心。此外,与泡沫镍支撑的NiMo4N5@MoNi4核壳异质结一维阵列产氢电极组成水分解全电池,仅需要1.6 V的电压便可以产生400 mA cm-2的电流密度,能量效率高达77%。三、从增加活性位数目和促进传质角度出发,利用气氛热处理金属造孔方法制备了具有丰富表面积的层次孔泡沫镍,负载Ir单原子修饰的Ni（OH）2纳米片构建高效电催化产氧电极。以商业化泡沫镍为前驱体,通过氧化-氮化-去氮化的热处理过程,在泡沫镍的孔壁上造二次孔获得层次孔结构的泡沫镍基体。再利用一步电沉积方法将Ir单原子修饰的Ni（OH）2纳米片负载于其表面。该电极在碱性电解液中有效的降低OER反应过电势,在10 mA cm-2电流密度下仅有220 mV的过电势,且具有优异的运行稳定性。该电极可以提供大量的催化活性位点,与此同时又可以有效促进与电解质间的物质传输,提高生成产物的逸出效率。