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过渡金属氧化物（TMO）储量丰富,是一种潜在性能优异的OER/ORR催化剂,然而它们的导电性能不佳,制约了催化性能的进一步提升。且TMO催化剂通常不适合催化HER反应。合成具有高活性表面的TMO纳米材料,通过晶格应变和表面原子调控,影响材料的电子结构和催化性能,对该领域基础研究有重大的意义。然而,TMO催化剂在电催化应用方面研究尚处于起步阶段,如何有效的利用表面原子结构,并且了解它们在原子级别的电催化反应中的作用仍然是研究人员面临的难题。（1）我们首次提出利用气相阳离子交换的方法,在导电基底上大面积可控制备了表面洁净、高活性的SC CoO NRs,依托于气相阳离子交换提供的特殊动力学环境,纳米棒表面多孔且具有特殊的锯齿状结构,约46%的表面为高能的{111}面,结合XPS和XANES数据确定该活性表面为氧空位富集的O-{111}面,结合HADDF-STEM和XRD结果证实在纳米锯齿结构2-3 nm表面区域中,存在着大量的拉伸应变。（2）SC CoO NRs表现出优异的氧析出和氧还原催化活性和稳定性,其ORR活性接近Pt催化剂的活性,起始电位为0.96 V（vs.RHE）,半波电位(E1/2)为0.85 V（vs.RHE）,Tafel斜率为47 mV/dec,且有很好的甲醇耐受性;其OER活性超过二氧化钌（RuO2）催化剂的活性,10.0 mA cm-2处的电流密度为(EJ=10)1.5 V（vs.RHE）,Tafel斜率为44 mV/dec;它的总体活性ΔE=0.71 V与最好的双功能ORR/OER催化剂相当。实验和理论研究表明,在O-{111}面上创造一定量的氧空位能够向有利方向影响CoO的电子结构,使OER/ORR催化反应过程中能实现快速的电荷转移和最佳的氧中间体吸附能。（3）阳离子交换诱导的拉伸应变主要位于CoO NRs的表面,能够降低离子交换过程的活化能,同时降低氧空位的形成能,有助于CoO{111}-O表面形成大量的氧空位。实验和理论研究表明,S-CoO{111}表面上大量的氧空位是HER的活性位点,促进碱性环境中H2O的分解,在CoO NR表面上引入拉伸应变,可以微调表面电子结构,减弱氢吸附使其ΔGH*移向最佳区域,使非HER活性材料转化为高效电催化剂,其HER催化活性位于火山形图的顶部附近。