化石燃料等不可再生能源的过度开发利用,为生物生存活动的自然环境带来了不可估量的恶劣影响。未来几十年,从能源格局的演变出发,使用新的清洁能源替代传统能源是限制和减少温室气体排放、缓解全球气候变化的主要发展趋势。清洁、无碳排放的氢能循环是能源领域的重大突破,特别是地球上丰富的水资源确保了电催化水分解技术生产氢气的可持续性。其中,碱性水电解相对于酸性水电解在大规模和低成本制氢方面表现出明显优势,从而展现出更具前景的工业应用。研究证实,镍铁基纳米材料因多金属组分间的协同效应而对电解水反应中间体具有更强的吸附能力,表现出改善的本征反应活性,然而传统镍铁过渡金属材料仍受到电导率低、稳定性差,使用周期短等缺点的限制。因此,采用有效方法策略（如材料形貌控制、表面改性工程、异质结构构建和表面电子结构重调等）优化镍铁基过渡金属纳米材料性能,使其成为替代贵金属的催化剂应用于电催化水分解是本论文的研究重点内容。本文通过制备镍基双金属气凝胶、菊花状Fe S/Ni3S2@泡沫镍和（Ni,Fe）Se2异质材料三种新型电催化剂,运用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱仪（EDX）、透射电子显微镜（TEM）、高分辨率透射显微镜（HRTEM）、X射线光电子能谱（XPS）、氮气吸附-脱附分析仪（BET）和拉曼等表征测试对制备的催化剂样品进行形貌结构和物相组成等物化性能分析,并在碱性电解槽下进行电催化析氢反应（HER）和析氧反应（OER）测试,进一步探索催化剂微观形貌、材料组分和表面电子构型对反应活性的影响。研究工作主要包括以下三个部分:1.使用硼氢化钠作为还原剂,通过简单有效的一步还原结合原位凝胶化反应,利用双金属之间的协同效应和表面电子结构调整策略合成系列镍基双金属气凝胶催化剂（NixFey,NixCoy和NixCuy）,并通过改变前体金属盐的摩尔比实现对催化剂组分的精准控制。以NixFey为例,碱性电解槽中析氧反应性能研究结果表明,前体金属盐摩尔比为1:1下合成的Ni45Fe55双金属气凝胶具有最佳的OER反应活性(η10=249 m V),Tafel斜率（ζ）仅为80m V dec-1,同时催化剂材料可在30 h的持续操作中保持过电势稳定。具有高孔隙率的气凝胶三维骨架为催化剂提供了超高比表面积,为反应提供了更丰富的吸附/解吸位点;密度泛函理论（DFT）计算进一步证实Fe元素诱导Ni表面产生强烈的电子效应,增强了材料电导率,调节了催化剂对OER反应中间体（OH*,O*和OOH*）的吸附,从而实现了NixFey气凝胶的析氧反应活性的显著增强。2.在明确引入铁对镍基化合物的催化影响后,使用尿素作为表面改性剂,通过简便快捷的一步水热反应,利用硫代乙酰胺刻蚀三维泡沫镍表面制备硫化铁-硫化镍非均相异质催化剂（Fe S/Ni3S2@NF）。与单体Ni3S2@NF相比,菊花状Fe S/Ni3S2@NF纳米阵列复合催化剂在碱性介质中表现出改善的HER(η-10=130 m V)、OER(η10=192 m V)催化性能,此外,以Fe S/Ni3S2@NF作为阳极和阴极材料构筑的全水解装置也仅需1.51 V的电池电压。该催化剂电催化水分解性能的提高得益于材料表面形貌的精准控制,富集缺陷的异质界面的设计形成以及与导电材料的直接键合。新颖的三维结构降低了气泡阻力,提高了材料表面气泡分离速率;非均相异质界面的形成调控了材料表面的电子结构,激活金属离子对(Ni3+/Ni2+)耦合;在导电基底（泡沫镍）表面的直接生长也保证了材料的结构完整性,从而促进了HER和OER催化性能。3.受镍铁合金和镍铁硫化物优异性能的激励,通过快速易操作的一步溶剂热反应制备了（Ni,Fe）Se2异质材料。具有分级纳米棒异质结构的（Ni,Fe）Se2催化剂显示出优异的析氧反应性能(η20=316 m V,ζ=137 m V dec-1),优于单体Ni Se2(η20=350 m V,ζ=143 m V dec-1)和Fe Se2(η20=382 m V,ζ=172 m V dec-1)。表征及性能测试分析表明,分级的纳米棒结构具有更大的电化学比表面,促进了电解质的传质并提供了快速扩散途径,两相（Ni Se2和Fe Se2）并存形成的异质界面降低了催化剂的电荷电阻,提高了材料的导电性,加速了电荷转移,从而提高了电化学活性。