化石能源的使用在推动社会进步的同时,也带来了不容忽视的环境问题:近年来酸雨、雾霾现象频发,温室效应和大规模环境污染的情况更是比比皆是;此外,化石能源储量有限,需求量却不断扩大,开采和使用成本将会越来越高昂。为此,开发清洁可再生的绿色能源势在必行。其中氢能是十分理想的选择,其具有热值高、无污染、来源广等优点。电催化水分解是未来最有前景的大规模制氢方式,目前影响其发展的最大阻碍是电解水过程中由过电势引起放热造成的电能浪费,因此需要充分探索理解电解水机理,设计性能更强大、成本更低廉的新型催化材料。贵金属基催化剂往往具有较好的电解水性能,但由于其成本高昂难以被大规模应用。位于第四、五周期的过渡金属衍生物一直以来被认为是贵金属催化剂的潜在替代品,但即使经过了几十年不懈的探索与发展,目前其性能和稳定性表现和贵金属催化剂相比仍有明显不足。过渡金属氮化物通常具有良好的导电性和化学稳定性,N原子的掺入会调节过渡金属的d电子能带,使其具有和贵金属接近的能带结构,以上特点使过渡金属氮化物在电解水领域得到了越来越多的关注。相比于金属合金、氧化物、碳化物、硫化物等,针对过渡金属氮化物的研究起步较晚。为开发新型高效的电解水催化剂,本论文利用双金属的协同效应、杂原子掺杂、原位生长等策略,在泡沫镍基底上制备特定形貌的双过渡金属氮化物材料,研究其在电催化水分解方面的性能。主要内容包括:1.通过水热法,在泡沫镍上原位生长镍钻氧化物,将其作为前体,在氨气及高温条件下进行氮化,合成在泡沫镍上原位生长的镍氮化物和镍钴氮化物。泡沫镍-镍钴氮化物在1.0 M的KOH溶液中表现出优异的析氢反应性能,在10 mA/cm2的电流密度下,具有110 mV的低过电位,并在此电流密度下保持25小时以上的电位稳定。结果表明,Co和N元素的掺入对Ni的析氢反应具有促进作用。2.通过水热法在泡沫镍上原位生长镍钼氧化物纳米棒,将其做作为前驱体,通过在氨气气氛中高温氮化制备了在泡沫镍上原位生长的镍钼氮化物纳米棒。泡沫镍-镍钼氮化物在1.0 M KOH中表现出优异的析氢反应和析氧反应性能,在10 mA/cm2的电流密度下,分别具有15 mV和218 mV的低过电位,均优于相同负载量的商业基准材料Pt/C和RuO2。使用泡沫镍-镍钼氮化物同时作为阳极和阴极组成的双电极电解槽,仅需要1.49 V的电池电势即可达到10 mA/cm2的电流密度并且保持1 10小时以上电池电势稳定。泡沫镍-镍钼氮化物性能优异的原因可总结为原位生长降低了材料与电极间接触电阻、Ni物种与Mo物种之间的协同作用、氮原子的掺入调变了过渡金属原有的d电子能带,同时氮化物的形成使Mo物种不易流失,大大提高了水分解测试稳定性。本论文所采用的制备策略,即先通过“原位生长”的方式,在导电基底表面负载不同类型的前体,再经过高温氮化制备各种氮化物,该制备策略具有一定的普适性和探索价值,可望被用来开发更多性能优异、成本低廉的新型水分解催化剂。