当今社会,人类日益增加的能源需求和地球上日渐减少的自然资源开启了一场关于开发地球上存储丰富的能源替代物以及设计高效的能源存储装置的变革。氢气是一种十分重要的能源,它不仅是碳氢化合物燃料产品和化学产品的最重要的原料之一,而且由于氢气的高能量密度以及环境友好的特性,因而它也被认为是可持续的能源存储的理想能源载体和化石燃料的替代物。目前,氢气的生产依然依赖于化石燃料行业,因此也面临着许多难题如:生产的氢气纯度低、代价高等。利用电流或者太阳光来使水分解产生氢气和氧气是最有效的生产氢气的方法之一,并且生产成本低、制备的氢气纯度高。电催化析氢反应(Hydrogen evolution reaction)是水分解的主要反应之一,被认为是大规模工业产氢的一种高效的途径。贵金属Pt等是目前最好的析氢催化剂,但是由于含量有限且花费巨大因而无法大规模推广。从近年来关于电化学水解产生氢气的研究进展中发现,纳米结构的过渡金属化合物能够成为Pt等贵金属的很有前途的替代物。因而,设计制备便宜的、地球上含量丰富且高效的非贵金属HER电催化剂是具有非常积极的现实意义的。本论文围绕基于过渡金属化合物的制备及其电化学析氢方面的应用展开一系列研究工作。主要包括以下两方面的内容:1、我们采用原位生长的方法以商业化碳布为基底在表面生长三氧化钨纳米棒阵列(WO3 NA/CC),进一步氮化得到氮化钨纳米棒阵列(WN NA/CC)。以导电的碳布为基底可以增加电子传输,生长在3 D的碳布基底上的氮化钨的纳米棒阵列可以增大与电解液的接触面积,暴露更多的催化活性位点。另外,氮化钨的优良的机械性能和热稳定性增加了WN NA/CC在催化产氢过程中的稳定性。因此,三维的WN NA/CC作为析氢阴极在全p H范围内均表现出很好的HER性能,在电流密度为10 m A/cm~2时需要过电势为190 m V,并且能够保持其催化活性至少60 h。同时,本工作中的这种设计纳米材料电极的方式为接下来设计其它基于过渡金属的氮化物开拓了新途径。2、采用简单的一步水热法在酸刻蚀处理的钛片上原位生长二硫化钼纳米片阵列(Mo S2 NAs/Ti)。由于浓酸对钛片进行刻蚀处理后表面成为三维结构,原位生长二硫化钼纳米片时增大了材料的接触面积进而暴露出更多的催化活性位点。而且以金属钛作为基底不仅可以增加材料和电解液间电子的传输,还能增加材料的机械稳定性。因此,Mo S2 NAs/Ti具有比二硫化钼微米粒子(Mo S2 MPs)在全p H范围都表现出更好的催化析氢能力,在电流密度为10 m A/cm~2和100 m A/cm~2时需要的过电势分别为108 m V和205 m V,而且能够很好的保持其稳定性至少55h。另外,我们这种简单易得且低廉的设计纳米材料电极的方法也为进一步设计其他纳米材料电极提供新的方向。