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能源需求的迅猛增加和环境问题的日益突出促使可再生、无污染的绿色氢能代替传统化石燃料成为解决能源短缺和环境污染的关键。氢能因载体氢气具有高能量密度(142 MJ·KJ-1)、燃烧产物无污染、容易储存和控制等优点,是实现碳中和目标的重要技术之一。目前,氢气的制备方法分为煤炭气化制氢,甲烷蒸汽重整制氢和电解水制氢。其中电解水制备氢气具有反应条件温和、效率高和产物纯度高的优点,被认为是大规模制氢的有效途径。电解水的析氢反应（HER）和析氧反应（OER）因反应动力学缓慢需分别使用Ir O2和Pt/C等催化剂降低过电势,以减少电能消耗并提升能量转换效率;然而贵金属在地壳中储量匮乏且价格不断攀升,严重阻碍了大规模应用。因此制备低成本、高活性和稳定性的OER/HER双功能催化剂是提升电解水效率的关键。Ni3Fe合金作为一种具有高OER活性催化剂得到广泛的关注,在析氧反应过程中,Ni3Fe表面被氧化成真正的活性物质Ni OOH/Fe OOH,而内部仍然保持合金状态,有助于电子传输,提高催化剂的导电性。然而,N3Fe合金的HER反应动力学缓慢,因其在碱性溶液中裂解H2O的能力较差,且对氢中间体的吸附能力太强,导致生成的H2无法即时解吸,因此HER性能有待提升。贵金属（Pt、Ir、Ru）由于具有丰富的d轨道电子,在析氢反应过程中表现出优异的活性,但高成本限制了贵金属的广泛应用,且贵金属颗粒容易聚集失去活性。以少量的贵金属调控Ni3Fe来提升析氢活性,并利用Ni3Fe来减小贵金属的尺寸,降低贵金属的含量,成为制备双功能催化剂的一种有效途径。因此,本文针对提升Ni3Fe的析氢活性,减少贵金属尺寸和含量,提升金属颗粒的分散性这三个问题,基于水滑石（LDHs）层板限域、层板表面限域和层间限域三个方面,设计制备出贵金属掺杂型的Ru-Ni3Fe/r GO,贵金属颗粒负载型的Ir/Ni3Fe/r GO以及贵金属纳米点与合金复合型的Pt/Ni3Fe/r GO三种催化材料。主要研究内容如下:1、Ru掺杂Ni3Fe电催化剂以Ru3+掺杂Mg Ni Fe-LDH/GO为前驱体,经过煅烧和刻蚀Mg O后,制备出Ru-Ni3Fe三元合金结构（Ru-Ni3Fe/r GO）。在1.0 M KOH碱性溶液中,该催化剂在10 m A cm-2电流密度时的OER和HER的过电位分别为258 m V和69 m V,电解水电压为1.61 V。性能优于Ni3Fe/r GO（OER和HER过电位分别为281 m V和195 m V,电解水电压为1.67 V）。贵金属Ru有效降低了Ni3Fe合金的过电位,提升了电解水性能。其原因如下:（1）由于掺杂效应,贵金属Ru与Ni3Fe之间的相互作用调控Ni、Fe原子的电子结构,不仅降低电荷转移电阻,提高了导电率;还提升了Ni3Fe合金的固有活性。（2）引入Ru提升了Ni3Fe合金的电化学比表面积,增加了活性位点。（3）LDHs的层板限域作用有效地提升Ru-Ni3Fe合金在石墨烯上的分散度。（4）在LDHs前驱体中掺杂贵金属元素,不仅使Ru均匀地掺杂到Ni3Fe中,还减少Ru的含量（4.4 wt.%）,降低制备成本。因此从微观的电子调控到宏观的结构,Ru掺杂Ni3Fe改善了催化剂的性能。2、Ni3Fe界面负载Ir纳米颗粒电催化剂利用LDHs的表面限域效应,将Ir颗粒负载到Ni Fe-LDH/GO上,经高温还原得到Ir纳米颗粒（4.6±0.5 nm）锚定在Ni3Fe合金上的结构（Ir/Ni3Fe/r GO）。在1.0 M KOH溶液中,Ir/Ni3Fe/r GO催化剂在10 m A cm-2下的OER过电位为254 m V,HER过电位为36 m V,电解水电压为1.570 V,性能优于Ni3Fe/r GO（OER过电位为280 m V,HER过电位为264 m V,电解水电压为1.730 V）。Ir纳米颗粒锚定在Ni3Fe上,有效地提升了合金的催化活性。其原因如下:（1）Ir纳米颗粒通过界面效应调控Ni3Fe的电子结构,降低电荷转移电阻,提升电子导电率,促进OER和HER的反应动力学。（2）Ir纳米颗粒增加了催化材料的活性位点,提升了Ni3Fe的本征活性。（3）利用LDHs的表面限域效应控制Ir纳米颗粒的尺寸,并使贵金属颗粒均匀地分散在Ni3Fe合金的表面。另外,Ir与Ni3Fe之间强烈的键能对贵金属颗粒具有固定作用,防止Ir颗粒在长循环中聚集,提升了催化剂的稳定性。（4）DFT计算证明,Ir纳米颗粒降低了OOH*中间体的吉布斯自由能,促进OOH*的生成,提升OER的反应动力学;在析氢过程中降低了水分子裂解时过渡态的位垒,优化了氢中间体的吉布斯函数,提高了HER的本征活性。因此,Ir纳米颗粒大幅度提升了Ni3Fe合金的催化活性。3、Pt纳米点/Ni3Fe颗粒复合电催化剂以Pt Cl63-插层Mg Ni Fe-LDH/r GO为前驱体,经过高温煅烧和刻蚀Mg O,制备Pt纳米点（2.2±0.2 nm）和Ni3Fe共同附着在石墨烯上的结构（Pt/Ni3Fe/r GO）。在1.0 M KOH溶液中,Pt/Ni3Fe/r GO复合物在10 m A cm-2的OER和HER过电位分别为240 m V和76 m V,电解水的电压仅为1.55 V,性能优于Ni3Fe/r GO（OER和HER过电位分别为250 m V和175 m V,电解水电压为1.66 V）。Pt纳米点与Ni3Fe形成复合结构提升合金电催化性能。其原因如下:（1）Pt纳米点与Ni3Fe颗粒并列负载于石墨烯上,Pt的引入增加了催化剂的活性位点。（2）利用LDHs的层间限域效应,制备了尺寸超小且分布均匀的Pt纳米点,这不仅提升了表面体积比,暴露更多的Pt原子,提高了贵金属的利用率;还减少了Pt的含量（0.71 wt.%）,降低制备成本。（3）Mg O进一步提升Ni3Fe的分散度,防止合金的聚集。因此该复合物在OER长循环测试中可保持110个小时,表现出优异的稳定性。（4）通过刻蚀Mg O,增加比表面积,暴露更多的活性位点。因此Pt纳米点与Ni3Fe形成的复合结构提高了合金的催化性能。