氢能是人类社会未来的终极能源,将氢能纳入未来能源体系是人类摆脱化石能源依赖实现可持续发展的关键。电解水制氢是目前最环保、产氢纯度最高的制氢方式,然而工业电解水制氢多在强酸、强碱环境下进行,酸碱污染、设备腐蚀问题严重,对淡水资源依赖程度高,难以在淡水资源匮乏地区广泛普及。海水资源储量丰富（约13.7万亿立方米）,是潜在的氢能资源宝库。我国海洋面积约300万平方公里,因此适用于复杂离子环境的海水电解制氢技术对于我国氢能经济发展、海洋资源开发利用、保障国家能源安全、缓解淡水资源危机具有重大的战略意义。MXene作为一种新型高导电二维纳米材料,凭借自身优异的表面化学活性和亲水性等优势,在催化领域展现出巨大应用潜力。但由于二维片层结构的纳米材料极易发生沿基面方向的不可逆堆叠,极大限制了其本征电化学活性与器件性能的发挥与提升。针对以上问题,本文利用超声喷雾热解技术强化调控MXene气溶胶的三维织构行为与孔隙界面结构性质,在保证MXene自身优异性质的前提下,耦合原位负载、离子交换、界面重构等化学过程,建立了一类抗团聚3D MXene基电化学功能材料的通用合成技术平台,创制了性能优异的碱性全电解水以及全pH范围、海水析氢催化剂。首先基于超声喷雾热解技术实现对MXene前驱体在气溶胶中分布之空间尺度与亚结构重排之时间尺度的精细调控,以及对MXene及其衍生结构的三维空间织构行为与孔隙、界面结构性质的精细调控,所得抗团聚3D MXene粉末具有优异的抗压性能和再分散能力,进一步揭示了 3D MXene的结构位阻效应对其抗团聚行为的影响机制。随后结合原位负载、离子交换、界面重构等方式,成功实现3D MXene与性质各异的电化学活性材料的原位耦合与新型纳米结构的创制,建立了一类组成、结构可控的兼具纳米结构高本征活性与优异抗团聚性能的电化学功能材料的通用合成技术平台。基于抗团聚3D MXene与CoP纳米结构的原位化学耦合效应,提出了一种具有高比表、抗团聚的CoP@3D MXene碱性全电解水催化剂的制备新策略。通过两者之间的化学耦合与电子协同效应诱导催化活性位均匀稳定分散,3D MXene开放的三维结构为催化反应提供了高效反应活性相界面,提高了催化剂的本征催化活性和质荷传输能力。进一步探究了催化活性位在反应过程中的本征反应转化机制。所得催化剂展现出优于贵金属组合的全电解水催化性能,仅需1.565 V的全电解水分解电压,即可在100 mA cm-2的大电流密度下稳定工作150 h,将其与光伏系统联用可实现太阳能直接向氢能的高效转化。基于多重中空 3D MXene（multilevel hollow-3D MXene,mh-3D MXene）与超小 Pt纳米晶之间的电子、结构化学耦合作用,提出了一种低成本高性能的全pH范围、海水析氢催化剂的制备新策略。通过降低铂纳米晶的尺度在大幅降低材料成本的同时极大提高了 Pt的本征反应活性和原子利用率。探究了铂与不同载体之间电子、结构协同效应与其催化性能之间的构效关系规律,从分子原子水平上揭示了两者耦合对铂的电子、能带结构的调变以及反应活性中间体的吸附转化动力学行为影响。该催化剂仅需商业铂碳13%的Pt用量,在全pH范围内的质量比活性可达商业铂碳的10-20倍,能够在10 mA cm-2的电流密度下稳定工作超450 h。在海水中可稳定工作250 h以上,表现出远优于商业铂碳和目前报道的海水析氢催化剂的催化性能,在全pH范围与海水析氢中展现出巨大的应用潜力。