随着全球人口数量不断攀升,人类对能源的需求量越来越大。目前绝大多数能源来源于煤、石油和天然气等化石燃料。然而,化石燃料属于不可再生能源,在燃烧过程中还会产生危害环境的副产物。太阳能,风能和氢能等属于可持续清洁能源,其中氢能无毒无害,燃烧热值高,生成产物也是完全无污染的水,是人类梦寐以求的未来能源。通过电解水（H₂O）获取氢气（H₂）是一种绿色简单的可持续发展技术。目前主流的商用水解电催化剂主要是用于析氢反应（hydrogen evolution reaction,HER）的铂基电催化剂,例如铂碳（Pt/C）电催化剂等,以及用于析氧反应（oxygen evolution reaction,OER）的铱/钌基电催化剂,例如氧化铱（IrO₂）/氧化钌（RuO₂）电催化剂等。然而这些电催化剂稳定性差,而且贵金属含量高,导致价格昂贵,无法大规模应用。因此迫切需要寻找低价、高性能的替代材料。本研究工作对金属有机框架材料（MOF）进行优化和改性,研发出了两种相对廉价的MOF衍生水解电催化剂。主要研究内容如下:（1）基于MOF材料的可控合成策略,将极少数钯（Pd）纳米团簇嵌入到MOF衍生的钴单原子（Co SAs）碳氮纳米笼中,合成了具有超高析氢催化活性的Pd@Co SAs。基于金属Pd对氢极强的吸附能力以及Co SAs碳氮纳米笼的立方多孔结构,Pd@Co SAS在所有pH值下均表现出优异的电催化活性和稳定性。在电流密度为10 mA cm^-2时,其析氢过电势在0.5 M H₂SO₄中为10 mV,1.0 M KOH中为8 mV,1.0 M PBS中为53 mV,总体性能优于商业铂碳（Pt/C）电催化剂。此外,Pd@Co SAs中的Pd的相对含量只有3.09%,远低于商业Pt/C中的Pt的含量（20%）。这表明Pd@Co SAs是一种相对廉价的高活性析氢电催化剂。（2）利用ZIF-67为前驱体制备了双功能Co-NC@Mo₂C复合物电催化剂。和传统的碳封装功能材料不同,该材料中的ZIF-67衍生的氮掺杂碳包覆的钴纳米颗粒（Co-NC）被Mo₂C封装。得益于独特的反向封装结构以及Mo₂C和Co-NC的协同效应,Co-NC@Mo₂C催化剂展现了卓越的析氢和析氧活性。在碱性介质中,Co-NC@Mo₂C达到10 mA cm^-2的电流密度所需的析氢和析氧过电势分别只有99 mV和347 mV。有趣的是,由于反向封装结构中的Co-NC被Mo₂C保护,使得Co-NC@Mo₂C在酸性介质中依然拥有良好的析氢活性(143 mV¹0 mA cm^-2)和稳定性。特别地,当Co-NC@Mo₂C作为碱性介质中的全水解体系中的阳极和阴极时,只需要1.685 V的电池电压,体系的电流密度即可达到10 mA cm^-2;同时,其亦具有非常高的电化学稳定性。证明了Co-NC@Mo₂C是一种优秀的非贵金属双功能全水解电催化剂。