随着全球能源需求的不断增长,煤、石油等不可再生能源的日益枯竭及其对环境的负面影响,迫切需要高效、低成本的清洁和可持续能源的制取和储存技术。在已知能源之中,氢气以其具有最高的能量密度、制取简单、产物清洁且易于储存的特性,被视为21世纪最具发展潜力的能源。电解水制取氢气技术因其可以循环再利用水资源,成本低,设备简单,并且唯一的副产物是氧气,对环境没有负面影响,而成为未来最具潜力的制氢技术之一。贵金属基催化剂是性能最优异电解水催化剂材料,但其稀缺性限制了其进一步应用。过渡金属基催化剂由于其来源广泛、催化活性好易制备等优点,成为有望取代贵金属基催化剂的电极材料,广受科研工作者们青睐。其中,钴元素以其优异的催化性能和易改性的特点,被广泛应用于电解水催化剂之中。本文通过静电纺丝和高温碳化工艺制备一系列钴基化合物/碳纳米纤维杂化材料,来探究催化剂在碳纤维上的生长和结晶行为,研究其在电解水中的催化性能,主要研究内容如下:(1)探索单一过渡金属元素(TM)在碳纤维(CNFs)上的生长结晶行为。通过静电纺丝和高温碳化的工艺技术制备钴基纳米颗粒负载碳纤维杂化材料,研究单一钴元素在纤维上的生长结晶行为,该研究普遍适用于Fe、Co、Ni等过渡金属纳米催化晶体在碳纤维上的生长。并将制备的杂化材料用于电催化析氢之中。(2)选用钴、镍双元素制备合金催化剂,进一步提升钴基纳米颗粒负载碳纤维杂化材料的催化性能。钴镍合金在碳纤维(CNFs)上的原位生长可以阻止CoNi合金纳米颗粒的团聚,使该杂化材料拥有大量分布均匀的纳米催化晶体,为催化反应提供大量的活性位点。制备出的杂化材料,与单独Co元素或Ni元素制备而成的Co-CoO/CNFs和Ni-NiO/CNFs杂化材料相比,碳纤维上的镍钴合金尺寸较小,并且分布均匀。与单元素(Co或Ni)制备的杂化材料相比,部分Co的氧化态和Ni的氧化态会向钴镍合金态转变。并将该杂化材料其应用于电催化析氢之中,同时研究不同比例钴、镍对杂化材料析氢性能造成的影响。为制备高性能过渡金属杂化材料提供思路。(3)研究双过渡金属元素制备三元碳化物负载碳纤维杂化材料的制备与催化性能。以PAN为基底和反应原料,通过静电纺丝和高温碳化的方法制备出Co6W6C/CNFs三元杂化材料。在高温过程之中Co、W和碳纤维中的C,三元素结合形成Co6W6C晶体。在此,PAN纳米纤维既作为基底材料和反应容器,也为催化晶体的形成提供碳元素。通过形貌表征对该杂化材料观察,Co6W6C纳米颗粒的直径都在20nm以内,且均匀分布在碳纤维上,Co6W6C纳米颗粒均被碳层包裹,这可为电催化反应提供大量的活性位点并在催化析氢测试之中保护催化晶体不被电解液侵蚀而具有优异的催化稳定性。