由于能源短缺和环境污染等问题日益严重,开发和利用可再生清洁能源在世界各地引起广泛关注。采用绿色电能电催化分解水生产氢气,减少使用传统化石燃料被认为是缓解能源危机和环境污染问题最有效的途径之一。开发低成本、高活性、高稳定性的催化剂是实现大规模应用电解水制氢的关键,本论文通过设计合成了具有丰富异质结界面的Ni5P4-Ni2P-NiP2@CN复合催化剂、具有等离子增强效应的Ptx/TiN/CC和CuS@PPy-x催化剂来实现高效电化学析氢反应（HER）和析氧反应（OER）。1.Ni5P4-Ni2P-NiP2@CN的制备及电解水性能的研究首先通过简单的配位反应合成Ni（dmg）2前驱物,将其在800°C煅烧后进行600°C磷化,成功地合成了一种新的电催化剂,通过XRD、SEM、TEM和XPS等表征得出其为Ni5P4-Ni2P-NiP2@CN异质结构,其具有特定且均一的棒状结构。由于构建的Ni5P4-Ni2P-NiP2@CN异质结构,具有丰富的异质界面、暴露了大量的活性位点以及包裹的氮掺杂碳层,该催化剂在0.5 M H2SO4和1 M KOH电解质中均表现出优异的HER性能和较快的反应动力学速度。在0.5 M H2SO4和1M KOH溶液中,只需要106 m V和150 m V的过电位驱动10 m A/cm~2电流密度,其Tafel斜率分别为57.5 m V dec-1、97.4 m V dec-1的,同时呈现出较好的稳定性,具有广泛应用的潜力。此外,该催化剂在碱性溶液中呈现良好的电催化析氧性能,当电流密度为100 m A/cm~2时,只需要410 m V的过电位,对应的Tafel斜率仅为23.5 m V dec-1。该课题不仅证明了异质结构有利于提高HER和OER性能,而且为合理设计TMPs异质结构提供了新的途径。2.Ptx/TiN/CC催化剂的制备及热电子增强电解水析氢性能的研究通过在碳布基底上均匀生长TiO2纳米线（TiO2/CC）,在保持原有形貌条件下成功将其氮化合成TiN/CC。然后,采取电化学沉积法在TiN/CC纳米线表面均匀可控地负载Pt纳米颗粒,从而制备出Ptx/TiN/CC优异的等离子体（LSPR）增强析氢催化剂。Pt1000/TiN/CC的热电子增强HER反应过程:TiN光照后等离子共振产生热电子后注入Pt纳米颗粒中,提升Pt纳米颗粒的析氢能力,从而获得了显著的HER增强效应。催化剂的η10从无光照下的33 m V降到光照下的16 m V,Tafel斜率为34 m V dec-1,且光照后的HER性能优于传统商业20%Pt/C催化剂。该研究课题为发展新型高效光增强电解水催化材料新体系提供了新的思路。3.CuS@PPy-x催化剂的制备及热空穴增强电解水析氧性能的研究CuS是一种具有良好LSPR效应的材料,同时也是一种良好的OER催化剂,但是其光电化学稳定性差。本课题首先通过水热法在泡沫铜基地上制备硫化铜纳米棒阵列,采用电化学沉积法在CuS表面可控地包裹导电高聚物PPy得到CuS@PPy复合催化剂,避免CuS直接接触溶液而克服电极稳定性差问题。同时,PPy与CuS形成的紧密接触的界面有利于界面的电子传输,在OER催化反应过程中起到协同作用,利于提升OER性能,CuS@PPy的η10和η100相比CuS降低83 m V和171 m V。此外,PPy的引入极大地提高了材料的吸光性能和光生电子-空穴分离率,从而在光照后观察到显著的OER增强效应。复合催化剂的η10和η100从无光照下的321 m V和383 m V降到光照下的295 m V和333 m V,Tafel斜率为16.9 m V dec-1。CuS@PPy纳米复合材料在1M KOH中比裸CuS材料呈现更好的稳定性。