能源危机和化石燃料燃烧带来的环境问题日益加剧,这些迫在眉睫的问题急需我们去思考和解决。氢气作为一种可再生的能源,其最大的优点就是热值高而且对环境零污染,因此氢能受到了人们的广泛关注。电化学裂解水可以产出氢气,使用电化学裂解水的过程中操作安全、设备简便,同时也拥有很高的效率。电化学裂解水的过程包括两个半反应:阳极的氧气析出反应（Oxygen evolution reaction）简称OER,以及阴极的氢气析出反应（Hydrogen evolution reaction）简称HER。理论上,裂解水产氢需要1.23 V的电压才能完成,但是阳极发生的氧气析出反应在整个水裂解过程中涉及四个电子的转移需要消耗大量的电能,实际的电压均高于理论值。为了有效的改善裂解水过程中过电势过高的问题,急需设计和制造优异的电极催化材料。在氢气析出阶段,性能最好的催化材料是Pt基材料,而在氧气析出阶段,性能最好的材料是Ir/Ru基材料。但是它们在地壳中含量稀少、稳定性能不佳,导致其在生产生活中无法普及。开发廉价、高效、稳定性强的非贵金属材料来代替传统的贵金属材料是目前催化剂研究领域的重中之重。本论文从该角度入手,基于地壳中含量丰富的Mn和Co作为非贵金属催化剂的基础,制备和开发了一系列的催化材料。使用材料表征和电化学测试手段对所制备的材料进行测试。针对于不同类型和结构的催化材料,具体分析了影响其性能的因素。首先,通过水热法和硫化法制备出用于全水解的MnCo₂S₄电化学催化剂材料。双金属硫化物加强了原子之间的连接方式,增大表面活性位点,加快电子间的传递效率。在OER阶段,在1.0 M KOH中,为了达到50 mA cm^-2的电流密度,需要在MnCo₂S₄/NF上加1.54 V的电压,即过电势为310 mV。HER阶段,在10 mA cm^-2的电流密度下,过电势为167 mV。MnCo₂S₄/NF组成的双电极催化剂体系用于裂解水时,在1.0 M KOH中,需要1.60 V的电压来达到10 mA cm^-2。并且MnCo₂S₄/NF催化剂展现出了良好的稳定性,催化剂在连续运行14小时后的电流密度依然保持在10 mA cm^-2附近。其次,通过利用人为诱导氧空位这一手段,结合使用水热法和电化学沉积的方法制备CuCo₂S₄@Ni（OH）₂复合材料。电化学沉积催化剂于载体相比于传统的涂布式粘连,CuCo₂S₄和Ni（OH）₂能够形成较好的协同效应。这种催化材料不但提高了电子转移速率,同时在催化剂内部之间构建了O-S界面,使得CuCo₂S₄@Ni（OH）₂/NF具有较高的活性。值得注意的是,它需要1.47 V的极低电池电压就能为碱性电解槽中的电催化水裂解提供10 mA cm^-2的电流密度。最后,为了优化催化材料的构造形式,控制合成MnCo氧化物这种结构,配合Ni₃S₂良好的催化效果制备出MnCo₂O₄@Ni₃S₂纳米复合结构材料。利用催化材料中的Mn²⁺、Mn³⁺多种氧化还原态、Co²⁺、Co³⁺多种氧化还原态,以及双金属之间的协同作用,将电化学性能进一步提升。在12小时的稳定性测试中,该催化材料表现出稳定的电化学活性。本论文通过对无机非贵金属材料进行设计和结构优化,探寻每种材料对于提升电催化活性的内在因素。所制备的材料在析氧反应、析氢反应以及全水解反应过程中展现出不同的催化性能,为发展清洁能源催化材料提供了新的思路和方法。