环境和能源问题是当今社会面临的两个严峻挑战。如今,利用光能或者电能促进水的裂解制取清洁能源（如氢气）被认为是一种应对当前这两大问题的重要解决途径之一。其中,电催化裂解水由于能量输入稳定、可持续运行、受环境影响小等优势,已经发展成为一个重要的研究方向,受到科技工作者们的广泛关注。在电催化裂解水催化剂的研究中,贵金属（Pt、Ru、Ir等）催化剂表现出较好的催化反应活性,但是由于这些贵金属原料地球储量小、价格昂贵,导致难以实现大规模的工业应用。因此,开发出可替代贵金属且价格低廉、性能高效、运行稳定的非贵金属材料是科研人员研究的关键。在非贵金属材料中,铜作为过渡金属,具有以下几点优势:（1）铜是一种储量十分丰富的金属元素,在地壳中含量高达50 ppm;（2）铜的应用成本远低于贵金属;（3）铜具有多种化学价态(Cu~0、Cu+、Cu2+、Cu3+),因而具有很强的氧化还原性能,非常适合制备用于有氧化还原过程参与的反应体系。但其在电催化裂解水这一方面的研究还较为鲜见,尤其是将其应用于电催化水氧化反应。将铜的化合物直接生长于3D泡沫镍基底上,形成孔道开放、大比表面积的自支撑催化剂,在电解水领域表现出优异的催化活性。此外,自支撑电极还避免了使用不导电物质（诸如粘结剂）,极大的提高了电极催化活性和运行稳定性。基于以上背景,本论文采取在导电基底上原位生长的策略,致力于设计、合成具有多级结构的铜基纳米自支撑催化材料,以实现高效的电催化裂解水过程,并对这些材料进行电解水性能测试、元素组成、形貌结构表征,探究了他们的构效关系。第一章是本论文研究内容的综述。首先介绍了全球面临的环境问题和能源问题,其次阐述了电催化裂解水的基本反应原理和电催化裂解水反应催化剂的评价方法,再分类介绍了自支撑电极材料用于电催化析氢反应体系和电催化析氧反应体系的研究现状和发展进程,最后介绍了铜基纳米材料在电催化裂解水体系中的研究进展。第二章详细研究了通过模板定向合成方法,在三维泡沫镍基底上制备了多级分层结构的磷化铜纳米阵列自支撑电极,用于电催化全解水反应。具体而言,对于析氧反应（oxygen evolution reaction,OER）来说,在电流密度为50 m A cm-2时,Cu3P/NF电极显示出极低的过电势（～331 m V）,而对于析氢反应（hydrogen evolution reaction,HER）来说,在电流密度达到10 m A cm-2时,其过电势仅为～115 m V。并且,在碱性电解液中,Cu3P/NF催化电极在OER和HER反应中均表现出优异的稳定性。通过TEM,STEM和XPS等表征结果推测,高OER催化活性可以归因于Cu3P/NF经原位活化后形成的三维开放结构和原位氧化后形成的丰富的纳米Cu O活性位点。此外,全解水性能测试结果表明,由该电极材料组成的电解槽在电流密度达到10 m A cm-2时,仅需1.63 V的输入电压。第三章进一步采用模板法,选取与P同一主族的N元素进行氮化处理,合成了双金属氮化物（Cu Ni N/NF）自支撑电极材料用于碱性条件下的电催化析氢反应,以探究同一主族中两种不同元素的铜化合物的形貌、化学组成和电催化性质等方面的差异。测试发现,当电流密度达到10 m A cm-2时,仅需48 m V的过电势,塔菲尔斜率为64 m V dec-1,并且这一材料还具有很好的化学稳定性。第四章是对本论文所开展工作的总结,并对铜基纳米材料用于电催化裂解水这一研究领域进行了展望。