以石油和天然气为代表,在世界上最重要的能源中,化石矿物燃料依旧扮演着举足轻重的角色。但是由于此类资源有限,燃烧时温室气体的排放难以规避,给能源的可持续发展和生态环境安全带来了严重威胁,因此发展可再生能源转换和储存手段是缓解社会能源危机、建设低碳社会的重要战略。其中,燃料电池和利用电化学分解水产氢都被认为有望代替传统化石燃料促进绿色环保型社会的发展。对于燃料电池来说,阴极缓慢的氧还原反应（ORR）动力学制约了其能量转化效率和功率密度,找到高活性的氧还原催化剂被认为是优化燃料电池性能的关键。在电化学分解水的过程中,氧析出反应（OER）发生在阳极,相应地,在阴极发生氢析出反应（HER）。与HER相比,OER复杂且缓慢的过程涉及多个质子/电子耦合步骤,也是一个更加耗能的过程。因此,提高OER电催化剂的效率,可以为提高电解水反应的整体效率做出很大贡献。二维材料具有表面积大、表面原子的裸露度高、以及二维电荷传输路径,被认为是一种有前途的催化剂候选材料。通过掺杂来调整二维材料的电子结构甚至表面形态已经有效提高了材料的催化性能。本论文以掺杂改性提升催化性能为目标,使用不同方式引入不同元素,得到了一系列性能优异的电催化材料。创新性的制备流程和机理探索为电化学催化剂领域带来了更广阔的视野。1、氧化石墨烯（GO）在许多实际应用中显示出广阔的前景,但长期以来一直被认为没有ORR催化活性。本研究将氧化石墨烯组装成锂离子电池的阴极,并在几个周期的运行后将其拆卸。与纯氧化石墨烯相比,活化后的氧化石墨烯的起始电位向前移动了约0.16 V,甚至超过了高温氮化后的石墨烯（0.84 V）。在这一过程中,氧化石墨烯中的含氧官能团为Li提供了掺杂位点。而Li的存在稳定了-COOH基团,保持了材料的催化活性。这是首次提出具有高ORR活性的锂掺杂碳,电池与催化相结合的跨学科研究为电化学领域带来了更广阔的视野。2、层状双氢氧化物（LDHs）由于其有趣的电催化活性、丰度、超稳定性和低毒性等特点,近年来引起了广泛的研究兴趣。通过元素掺杂来调节LDHs的电子结构是一种被广泛采用的方法,添加具有高价电荷的金属掺杂剂X（X=W,Mo,Nb,Ta,Re,Ir,Ru,Mn和V）来调节电子结构,使其价电荷跃迁的能量降低,进而可以令其对OER的性能得到改善。目前Ti仅被用于直接制备LDH（用于光电催化）,Ti与LDHs片层中与其它金属之间的电子交互作用还未被研究过,没有被用做第三种元素来掺杂。本工作创新性的提出Ti掺杂NiFe-LDH来进一步改善OER性能。实验结果表明钛掺杂镍铁层状双氢氧化物（Ti-NiFe LDH）更适合用于OER催化剂。极化曲线表明在1.41 V的起始电位下电流迅速增加,利用电化学测试阻抗得到的结果表明,Ti-NiFe LDH的电荷转移电阻比NiFe-LDH更小,同时,只需要很小的过电位（270 m V）,就可以获得30 m A cm-2的电流密度;换句话说,电化学过程中,其拥有更迅速的电子转移速度。