环境问题和能源危机被认为是21世纪最具挑战的两大问题,也是人类社会亟待解决的重大问题。清洁能源被认为是未来能源及环境问题的最佳解决方案,而氢气又是众多清洁能源中最有优势的一种。未来氢气作为新能源利用过程中主要存在两大主要问题:1、由于存在分布不均和如何转化利用的问题,从而对能量的储存运输和利用提出了更高的要求。2、氢气作为新一代最有希望的清洁能源,在应用中具有独特的优势。氢气的燃烧值高;氢气燃烧产物是水,可作为一种无污染能源;氢气可通过电解水得到的,储藏丰富。但是在目前最重要的产氢方式电解水制氢中存在电解过电势过高,从而导致能耗过大的问题。因此,本文针对未来氢气作为新能源的合理使用中存在的以上两个挑战出发,分别设计和开发了高性能的超级电容器储能电极材料和用于降低电解水电极过电势的双功能催化剂。一、通过水热法合成Co₃O₄,并通过一步磷化转化为CoP纳米棒。将得到的CoP纳米棒应用于超级电容器正极材料,具有非常好的电化学性能。在2 mV/s的扫速下,可以得到高达1500 F/g的比容量。该电极材料相比其他材料,具有非常优越的循环稳定性。在循环5000圈之后,其比容量能够保留在99.2%。我们将实验得到的CoP纳米棒与还原氧化石墨烯（RGO）分别作为正负极材料组装超级电容器器件。器件电压窗口为0-1.6 V,比容量高达215.3 F/g。据此组装成的储能器件能量密度高达76.55 Wh/kg。二、通过电沉积首先得到CoMoO4前躯体,然后通过低温磷化和碱性溶解得到多孔CoP/MoO₂复合材料,本材料以碳布作为集流体和基底。该材料具有以下优势:1)材料与集流体直接结合生长,具有很好的机械性能和导电性能;2)碳布作为柔性基底,使我们得到的催化电极具有很好的柔性,从而保证了催化过程的稳定性;3)该方法得到的材料具有很好的多孔结构,多孔结构不仅有利于活性位点的充分利用,还可以保证气体在材料内部的产生和传输,从而保证优异的催化性能;4)在该材料中有效引入了MoO₂来改善催化剂的电子结构,增强电子效应,从而对整个材料的催化性能具有很好的提高作用。将该方法得到的多孔CoP/MoO₂材料应用于析氢反应催化、析氧反应催化和全水分解催化,均具有很好的电催化性能。在析氢反应（HER）中,可以有效降低析氢过电势至12 mV,几乎可以与商业应用的Pt/C相比;在析氧反应（OER）中,可以使达到10 mA/cm2的电流密度的过电势降低至340 mV左右。基于该催化剂优异的双功能催化作用,可以将催化剂直接用于阴阳两极催化电解水。催化电解水时,达到10 mA/cm2和20 mA/cm2的电流密度的电压为1.60 V和1.64 V。与此同时,电解水还具备很好的电解效率和气体产生速率。本文采用XPS、SEM、Raman和TEM等表征方法说明了材料形成的机理。并且通过电化学测试研究生所制备材料的一系列电化学性能。