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随着人类社会的快速发展,能源危机和环境问题日益严峻。寻求高效、清洁的可再生能源迫在眉睫。电催化反应是能源存储与转换领域（如水分解、燃料电池、氮还原等）的核心步骤之一,对解决能源与环境问题具有重要的意义。在此过程中,高效的电催化材料至关重要。虽然Pd、Pt等贵金属材料具有良好的电催化活性,但由于其低丰度、高成本,限制了其大规模使用。为了提升电催化过程的反应活性和选择性,设计制备高效、稳定的非贵金属基电催化剂成为发展能源电催化技术的关键。以二硫化钴（CoS2）为代表的过渡金属硫化物具有成本低、导电性好、稳定性好等优点,被认为是具有发展潜力的电催化剂。但CoS2暴露的活性位点以及催化活性难以达到实际应用的需求,严重制约了其在电催化过程中的应用。基于以上问题,本文采用水热和高温硫化的合成方案,以柔性导电碳布（CC）为基底,结合微结构调控以及电子修饰策略,提出制备高效、稳定的掺杂型CoS2纳米阵列电催化剂的研究思路。一方面通过碳布负载构筑结构化的纳米阵列,结构有序,使得催化剂催化位点的高度分散,提高电极活性表面暴露面积,加大催化反应中活性位点;另一方面,通过杂原子掺杂的电子调控,改变了催化剂内部电子结构,降低了催化反应能垒,加快电子传输速率,提升了催化剂本征催化活性。本论文基于微结构调控以及电子修饰策略,结合密度泛函理论（DFT）计算,研究了N-CoS2/CC和Fe-CoS2/CC这两类掺杂型电催化材料。具体研究如下:1. 采用水热法和高温硫化法将N-CoS2纳米片（N-CoS2 NSs）沉积在碳布纤维表面。分析了此材料的微观结构、亲水性以及内部电子结构对电催化产氢（HER）的影响。结果表明,通过杂原子掺杂调控电催化剂的电子结构是提升电极材料本征催化性能的有效策略。由于Co 3d和N 2p轨道之间的耦合,N-CoS2比CoS2表现更窄的能带宽度,有益于材料内部电子传输。同时由于电负性的差异,通过XPS以及DFT计算揭示了N原子通过施主/受主相互作用作为电子的受体从Co位夺取电子,实现了Co活性位点电子结构的调变,降低了Co位点上的氢的吉布斯吸附能（0.4 eV→0.28 eV）。另外,微结构调控使得N-CoS2 NSs暴露出大量的反应活性位点。于此同时,N-CoS2 NSs表现出良好的疏气性,促进了氢气的逸出,避免了氢气泡对催化剂表面的包覆从而阻断反应的进行。N-CoS2/CC表现出相对CoS2增强的电催化析氢活性,Tafel斜率由77.6 m V dec-1降低到60.1 m V dec-1,在电流密度为10 m A cm-2时过电位仅为112 m V。2. 杂原子掺杂调控材料的电子结构是提升材料本征催化性能的有效方式。但不同类型的杂原子调控对于催化活性却具有选择性。针对该问题,本文采用水热法和后硫化法制备了垂直生长在碳布上的Fe掺杂CoS2纳米针（Fe-CoS2 NNs）。在此工作中,选用与N化学特性相差甚远的阳离子Fe为掺杂剂。结果表明,Fe的引入能轻微的抑制HER的活性,但在电催化氮还原（NRR）催化活性上得到提升。表明了杂原子掺杂性能提升的选择性。本文研究了Fe掺杂对于CoS2在NRR中性能提升的根本原因。Fe-CoS2 NNs由相互连接的Fe-CoS2纳米粒子组成,具有大量的介孔和较高的电化学面积(SECSA)。与原始的CoS2相比,Fe-CoS2中Co 2p表现XPS结合能的正移,表明存在从Fe掺杂到Co原子的电子转移。差分电荷密度和巴德尔电荷分析证实了这种Fe-Co之间的电子转移。进一步的DFT模拟显示,无论考虑末端氢化路径还是交替氢化路径,Fe-CoS2和CoS2上的NRR过程具有相同的决速步（RDS）,即*NN→*NNH。在Fe-CoS2中,RDS的吉布斯自由能势垒在Fe加入CoS2晶格后从1.41 eV降至1.31 eV。Fe-CoS2/CC电极在-0.1 V vs.RHE表现出良好的氨产量(6.31μg h-1 cm-2)和法拉第效率（3.39%）,优于CoS2和大多数其他金属硫化物。Fe-CoS2的这种活性增强可以归因于Fe掺杂的电子态优化,以及具有大SECSA的多孔纳米针。我们的工作可以为其他金属硫化物电催化剂的制备有效利用提供参考。