化石燃料的快速消耗及其对环境的消极影响,迫使人们去开发可再生的、洁净的新能源。氢能源,能量密度大、对环境友好,被认为最有发展潜力的新能源。电解水是获取高纯氢气的最有效方法。目前,电解水的最高效的催化剂主要是贵金属催化剂,但由于储量稀少、价格昂贵的劣势限制它们在工业上大规模使用。所以,开发有效且稳定、经济的析氢和析氧催化剂尤为重要。近年来,过渡金属材料因其优异的催化性能引起大家的关注,尤其是钴基化合物。本论文对钴基化合物的合成及其电解水催化活性进行探究,主要研究内容如下:1.EDTA辅助水热法制备花状CoSe₂纳米棒作为有效的析氢电催化剂水解产氢是获取纯净氢气的有效方法。开发性能优异的非贵金属电催化剂在未来发展中占据着重要的角色。CoSe₂作为储量丰富的非贵金属材料已经被证明是电催化产氢的高效催化剂。在本研究中,采用EDTA辅助的水热法成功地合成了花状CoSe₂纳米棒。通过场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱和X射线光电子能谱等技术对材料形貌、结构及组分等进行表征,并在0.5 M H₂SO₄溶液探究花状的CoSe₂纳米棒的析氢性能。研究发现,当电流密度达到100 mA cm^-2时仅需要273 mV的过电势,Tafel斜率值为35 mV dec^-1,很接近已商业化的Pt/C的Tafel斜率值,并且稳定性良好。由此可知,花状CoSe₂纳米棒由于其特殊的纳米花结构而具有比表面积大、活性位点丰富,可作为一种性能良好的析氢催化剂。2.一步化学转化法合成的CoS₂片层/碳布柔性电极应用于析氧反应纳米片层具有比表面积大、导电性好的特点,有利于暴露更多的活性位点及促进电子转移,从而提高析氧反应动力学。因此,以负载Co₃O₄纳米片层的碳布作为前驱体,采用一步化学转化法将Co₃O₄纳米片层硫化而得到CoS₂纳米片层。采用场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱和X射线光电子能谱等技术对材料的形貌、结构及成分等进行表征,并在1.0 M KOH溶液中探究材料的析氧性能。结果表明,负载CoS₂纳米片层的碳布三维柔性电极表现了优异的析氧性能:达到10和100 mA cm^-2的电流密度仅分别需要291和362 mV的过电势,Tafel斜率为69 mV dec^-1,并且稳定性良好。采用该化学转化思路也成功地制备了CoSe₂纳米片层/碳布柔性电极,表现了良好的析氧性能。本研究为在导电基底上制备其它金属化合物片层提供了合成策略。3.氮掺杂硫化钴催化剂应用于水的氧化杂原子掺杂是调控材料电子成分以达到催化目的的有效方法。本研究以硫脲作为硫源和氮源,在碳布上成功地制备了氮掺杂的CoS₂。电化学性能测试结果表明,氮掺杂CoS₂在达到10 mA cm^-2的电流密度仅需要240 mV的过电势,Tafel斜率也仅为56 mV dec^-1。其结果与未掺杂氮原子的CoS₂相比较,它在碱性条件下具有更低的过电势、较小的Tafel斜率、较小的阻抗值及较高的转换频率。氮原子的掺杂不仅提高材料的析氧催化性能,而且对于研究其它杂原子掺杂材料具有重要的参考价值。4.负载MoS₂/CoS纳米片层的碳布柔性电极在析氧反应的应用开发有效且经济的析氧催化剂在设计可再生能源储存及转化设备起着至关重要的作用。因此,采用简单的水热法在碳布基底一步合成MoS₂/CoS纳米片层,并在碱性介质中研究其电催化析氧性能。该独特的二维结构有利于暴露更多的活性位点,能够提供电子转移通道,提高导电性。更为重要的是,Mo可以调控CoS的电子结构,使电子从Co转移至Mo易于形成高价态Co³⁺,进一步提高析氧性能。电化学性能测试结果表明,MoS₂/CoS在1.0 M KOH溶液达到10 mA cm^-2仅需要290 mV过电势,Tafel斜率为78 mV dec^-1,电流密度在稳定性测试之后并没有发生明显的衰减。该合成策略突出了催化剂形貌及金属电子的调控,为设计其它高效析氧催化剂提供了方向。