化石燃料是资源有限的并且会伴随着环境问题,因此寻找可替代性的清洁能源是至关重要的。氢气因其能量密度高、来源丰富、燃烧产物环境友好等特点而备受关注。市售的HER和OER催化剂一般为单功能的Pt/C和IrO₂或RuO₂,但是由于它具有成本高、稀缺性和较差的稳定性等缺点,不能被广泛使用,因此开发一种同时具有廉价、高效、长寿命等特点的电催化剂是一个较大的挑战。本文以氧空位为研究对象,以开发低成本、高活性和长寿命的电解水催化剂材料为目标,探索了氧空位的应用方向,使用简单的方法合成了三种基于氧空位缺陷的高效电解水催化剂。论文的主要工作和结论如下:（1）在室温液相条件下合成了氧空位修饰的OER催化剂Ov-CuO/Cu-PBA,这种复合材料具有纳米棒结构以及丰富的氧空位缺陷。活性物质Cu-PBA原位生长在导电性优良的Ov-CuO纳米棒上结合了两者的优点,而这种纳米结构可以促进电子传输并且暴露更多的活性位点。电化学测试表明,Ov-CuO/Cu-PBA具有更好的析氧催化活性。氧空位在体系中的作用为提高体系导电性,Cu-PBA在体系中的作用是作为催化活性中心,Ov-CuO/Cu-PBA具有比对照组更好的催化性能。（2）利用氧空位设计了一种高效制备FeP的方法,真空煅烧水热制备的氧空位作为中间体,合成具有纳米片结构的FeP。利用XRD、EDS、XPS等测试手段讨论了氧空位缺陷对磷化反应过程的作用,通过电化学测试讨论了产物Ov-FeP的催化性能。本研究合成了具有富氧空位缺陷的氧化铁,并且它的磷化产物表面拥有更多的Fe-P键,氧空位作为中间体能明显提高磷化效率。电化学测试表明,Ov-FeP/IF具有最好的析氢催化活性,在10 mA cm^-2的电流密度下,过电位仅为40 mV。（3）用一种简单的方法在泡沫镍上生长了一种具有富氧空位纳米棒结构的异质结Ov-CoFe₂O₄/CoO_x HER电催化剂,采用煅烧简单水热法合成的前驱体制备出了具有氧空位缺陷氧化钴,并在煅烧期间进行阳离子交换得到了异质结构。Ov-CoFe₂O₄和Ov-CoO_x之间存在丰富的氧空位和强界面耦合效应。Ov-CoFe₂O₄/CoO_x的电子传导及其性能显著提高。在电流密度为10 mA cm^-2时,Ov-CoFe₂O₄/CoO_x/NF的Tafel斜率为69 mV dec^-1,过电位为59 mV。实验研究结果和理论计算结果表明,氧空位和异质结同时存在可以优化电子结构,从而显著提高电子的透过率和催化活性。本研究是以氧空位修饰和异质结构的同时形成,实现提供了一个简单的提高氧化物催化性能的设计方案。