光伏、风能等可再生能源来源丰富,但是存在间歇性和不稳定性等缺陷。通过电解水策略实现电能和化学能之间的能源转换,是解决上述问题的有效方法之一。在电解水中要达到高效的转换率以及在超低电势下实现高电流密度,最为关键的是开发具有高活性和耐用性的电极材料。然而,目前具有高催化性能的贵金属电极材料存在成本过高的问题;其次,已经报道的廉价非贵金属电极材料催化活性仍然较低,距离工业应用仍存在一定距离;同时,这些复合电极材料大多由于结构不确定性从而为反应机理的推导带来不便,导致这一研究领域的进展较为缓慢。针对上述问题,该论文选择廉价铁系金属为活性中心,通过与不同的氮杂环配体构筑结构确定、活性位点分散、电化学活性可调的金属配合物电极材料,探讨结构与催化活性的关系,为研发高效、廉价、稳定的电解水催化剂提供理论基础。具体研究内容如下:（1）首先选择2-苯基-4,5-咪唑二羧酸（H3Ph IDC）、2-（3-甲氧基）苯基-4,5-咪唑二羧酸（m-H3MOPh IDC）和2-（4-甲氧基）苯基-4,5-咪唑二羧酸（p-H3MOPh IDC）为有机配体,铁盐或镍盐为金属源,采用水热-溶剂热法制备了配合物1–5:[Fe（H2Ph IDC）2（H2O）2]·DMF·H2O（1）[Fe（H2Ph IDC）2（phen）]·H2O（2）[Fe（m-H2MOPh IDC）2（H2O）2]·2H2O（3）[Ni（m-HMOPh IDC）（H2O）2)]n（4）[Ni（p-H2MOPh IDC）2（H2O）2]（5）（phen=1,10-邻菲罗啉）。结构分析表明,铁配合物1–3具有相似的单核六配位变形八面体结构;镍配合物4和5分别为一维链状结构和单核结构,它们与铁配合物具有相同的配位模式。其次以双[1-（吡啶-2-基甲基）-苯并咪唑-2-基甲基]醚（O-4P）为主配体,对苯二甲酸（H2BDC）、均苯三甲酸（H3BTC）和富马酸（H2fum）为辅助桥连配体合成了双苯并咪唑钴金属配位聚合物,即配合物6–8:{[Co（O-4P）（BDC）（H2O）2]·2H2O}n（6）{[Co8（O-4P）4（BTC）4（H2O）16]（FA）（BTC）·DMF·0.5Me OH·0.5Me2NH·36.5H2O}n（7）{[Co2（O-4P）（fum）2（H2O）2]·2DMF·3H2O}n（8）钴配位聚合物6为二维层状结构,配位聚合物7为一维空心柱状结构,配位聚合物8具有二维锯齿层状结构,它们的拓扑符号分别为{8~4·12~2}{8}2、{12~2·16}{12}{4·12~2}{4}和{12~2·16}{12}{4·12~2}{4~2·12·14~2·16}{4}。（2）将配合物和碳糊混合制备了金属配合物复合碳糊电极CPE 1–8。应用循环伏安（CV）、线性扫描伏安（LSV）、塔菲尔曲线（Tafel）、控制电位电解（CPE）、交流阻抗（EIS）等电化学方法对CPE 1–8的电催化析氢（HER）活性进行评价,结果表明相比于未复合的碳糊电极s CPE,Tafel斜率降低了105～42 m A dec–1,在10 m A cm–2的电流密度下,η10过电势正移了268～452 m V,说明配合物1–8具有明显的电催化析氢活性。计算得到的活化能、交换电流密度、转换率以及交流阻抗等数据均与活性顺序相吻合。此外通过结构分析合理的探究了配合物1–8的催化HER机理,推测电催化过程的发生主要是由于活性中心与配位水分子间的电子转移,进而推断铁配合物1和3的电催化性质明显优于2的原因可能是由于配位水分子的存在降低了电催化过程中的能量损耗。镍配合物4的活性高于5可能是由于一维链状结构的形成导致活性位点更为分散。钴配合物6优于7和8可能是由于结构单元中有效的参与了电催化过程的平均配位水分子数相对更多。结果表明改变配合物的空间结构和配位环境可有效的调控其电催化析氢性能。（3）应用计时电流法（CA）对CPE 1–8的电催化识别性能进行了研究。结果表明,铁复合电极1和3对H2O2有良好的识别性质,在0.5～4000μM的线性范围内表现出0.29μM和0.42μM的检测限。镍复合电极5对L-抗坏血酸具有良好的电传感作用,在0.5～4000μM的线性范围内表现出0.091μM的超低检测限。钴复合电极的电传感性质研究表明,6–8均对L-半胱氨酸表现出识别作用,其中CPE 6具有最好的检测性能,在0.5～4000μM线性范围内表现出0.43μM的检测限。推测造成识别性质不同的原因是金属中心的差异。总之,以廉价的铁系金属制备了金属配合物电极材料;电化学实验结果表明铁系配合物电极材料具有优异的析氢电催化活性和高效的电催化识别性能;基于结构合理的推测了催化机理。本工作为电催化活性和结构之间的构效关系提供了新的见解,并为设计和开发电极材料拓展了新的领域。