电催化全水分解可制备高纯度氢气和氧气,是未来极具发展前景的能源转化技术,然而高过电位所导致的高能耗限制了该技术进一步发展与应用。工业上常选用Pt,Ir,Ru等贵金属及其氧化物作为催化剂电极以降低水分解过电位,然而其成本高难以满足大规模生产及推广应用的需求。以Fe为代表的非贵金属材料因价格低廉,价态丰富且可调控空间大等特点而成为电催化剂材料研究的热点。然而,Fe基材料的天然电催化活性较差,为了满足实际应用对低成本高性能电催化剂的需求,亟需开发Fe基电催化剂的改性策略。因而,本课题针对Fe基双功能自支撑电催化剂的制备及其电催化性能的强化机理进行了以下三方面的研究。首先,考虑到离子掺杂是优化材料电化学性质的有效手段,本文对Ni离子掺杂Fe OOH纳米结构的制备及其电催化性能进行了研究。以泡沫铁为基底,利用腐蚀工程,实现了Ni掺杂Fe OOH自支撑纳米片阵列的制备。Ni掺杂Fe OOH电极仅需239.3 m V便能达到10 m A cm-2的OER电流密度,相比于原始Fe OOH电极的过电势降低了55.9 m V。但Ni掺杂仅对OER存在明显改善效果,从发展双功能电催化剂的角度出发,需进一步对其HER催化活性进行提升。本文选用微量的高析氢活性Pt离子,配合Ni离子对Fe OOH实现了共掺杂。通过原位腐蚀与浸渍法相结合的方法,实现双功能高催化活性的Pt,Ni共掺杂Fe OOH自支撑电极的制备。Pt离子掺杂实现了HER催化性能的大幅提升,仅需53.7 m V即可达到10 m A cm-2电流密度;同时提升了OER电催化活性,在10 m A cm-2的电流密度下过电位仅为224.1 m V。在实现双功能全水分解电极制备的基础上,为了进一步降低全水分解电压,本文采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）方法在电极表面实现了碳层复合,以改善电荷传输过程。碳层复合优化了Pt位点附近的电子结构,使Fe位点附近的电子密度升高,有利于质子的吸附,进而提高了全水分解反应催化活性。所制备的碳层复合Pt,Ni共掺杂Fe OOH电极在10 m A cm-2的电流密度下,全水分解电压仅为1.54 V。