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氢气以其优异的重量能量密度、高能量转换效率,可再生性,以及零污染特性成为既可作为清洁能源又可作为可能源储存载体的理想选择。因此,由析氢反应（HER）和析氧反应（OER）组成的电化学催化水分解被认为是一种高效、无污染和可循环利用的理想途径。目前,铂（Pt）基和铱（Ir）基材料分别是HER和OER的理想高效的催化剂。然而,贵金属材料的地球储量少和高成本限制了其进一步地广泛应用。而过渡金属种类繁多,电子层结构丰富以及价态多变等优点成为最有希望的贵金属基催化剂替代品。为此,我们设计制备了一系列的过渡金属基纳米材料并对其进行了催化电解水性能的研究。主要内容如下:1.基于铜泡沫（CF）三维多孔结构和过渡金属磷化物的良好的类金属特性,我们设计并合成了 NiCoP@Cu3P/CF多层次杂化纳米结构,该结构具有大的比表面积从而能够暴露更多的活性位点。同时大量不同层次的微孔和通道的存在能够提高反应过程中的传质速率和电荷转移速率。在Ni,Co,Cu多元素间的协同效应以及NiCoP和Cu3P多相间协同效应的双重作用下优化了材料表面电子分布,从而提高了活性位点的催化活性。NiCoP@Cu3P/CF杂化纳米结构在碱性电解质溶液中可分别作为电化学催化产氢和产氧催化剂,并都表现出了优异的电催化活性和良好的稳定性。在电流密度10 mAcm-2时,NiCoP@Cu3P/CF电化学催化HER和OER的过电势分别为54 mV和309 mV,Tafel斜率分别为73 mV dec-1和45.6 mV dec-1。2.通过室温条件下简单的腐蚀氧化,在铜泡沫（CF）上原位合成均匀致密的Cu（OH）2纳米线阵列（Cu（OH）2 NWs/CF）。然后在空气中高温煅烧Cu（OH）2 NWs/CF,形成CuxONWs/CF。通过形貌和化学组分的表征分析发现Cu2O和CuO分别作为HER和OER的催化活性中心。并且进一步研究发现Cu2O和CuO在电化学还原和氧化过程中可以相互转化,两者间的相互转化有利于提高催化性能。在碱性溶液中,电流密度达到10 mA cm-2时,CuxO NWs/CF电化学催化HER和OER的过电势分别为135 mV和315 mV,Tafel斜率分别为135 mV dec-1和63 mV dec-1。CuxO NWs/CF同时也表现出了优异的HER和OER催化稳定性。3.以泡沫镍（NF）为基底以及镍源设计制备了一种Fe掺杂的CoNiMoOx/NF微米级的立方棒状结构,该棒状结构外层由直径为几十纳米的纳米粒子和无定型结构组成,纳米粒子包含CoMoO4和CoMo3O8两种晶体结构。这种棒状结构具有大的比表面积,能够暴露丰富的活性位点。CoMoO4和Co2Mo3O8混晶结构形成的大量界面能够产生丰富的活性位点;Co和Ni元素间的协同作用以及形成的+4价和+5价的Mo元素影响了材料中周围Co,Ni,Fe原子的电子分布状态,优化了材料表面电子分布,提高了活性位点的催化活性。同时通过Fe的成功掺杂提高了过渡金属钼酸类氧化物的电催化产氧性能,实现其双功能电解水催化活性。在碱性溶液中Fe-CoNiMoOx/NF表现出了优异的HER和OER催化活性以及稳定性。电流密度为10和100 mA cm-2时,Fe-CoNiMoOx/NF HER和OER所需过电势分别为25 mV,78 mV和221 mV,269 mV。