电解水可将电能转化为清洁的氢能,具有无污染、可持续等特点,是一种高效的清洁能源存储技术。与电化学析氢(HER)相比,析氧(OER)反应过程复杂、动力学缓慢,是制约电解水的主要因素。电催化剂可有效降低OER的过电位,促进动力学反应速率,是推动电解水技术不断发展的关键。电催化材料的性能与其表面活性位点数量、本征催化活性及导电性能密切相关。本论文中设计合成了一系列高比表面积、高活性位点与不同化学组成的空心十二面体结构和有序大介孔钴基氧化物及其复合物,显著改善了电极材料的物质传输能力、催化活性及导电性能,并研究了提高电催化性能的主要影响因素。1、通过化学沉淀法合成了 ZIF-67及Mn/Co-ZIFs和Cu/Co-ZIFs,形貌均为正十二面体。以不同化学组成的ZIFs作为前驱体,通过控制(111)晶面的选择性暴露合成了一系列空心正十二面体Co3O4及其复合物。实验结果表明空心十二面体Co3O4的OER性能与(111)晶面的选择性暴露有关。(111)晶面为OER催化反应的活性晶面,当煅烧气氛中氩气与氧气体积比为9:1时,Co3O4-9:1催化性能最好,达到10 mA·cm-2电流密度的过电位为307 mV,塔菲尔斜率为55 mV·dec-1。进一步研究证实,Co3O4-9:1的高催化活性除了受到晶面的影响之外,还受到氧空位含量(13.0%)、电化学活性面积(ECSA)、Co2+含量和电荷转移电阻的影响。此外,还研究了化学组成与纳米结构对钴基复合氧化物OER催化性能的影响。在10 mA.cm-2电流密度下,Mn/Co-3的过电位为347 mV,低于Mn/Co-2(359 mV)和Mn/Co-1(359 mV),这可能是由于Mn/Co-3提供了更多的活性位点。(111)晶面取向性的CuCo2O4的电流密度为10 mA·cm-2时的过电位分别为385 mV,证明CuCo2O4同样具有良好的催化性能。总之,通过不同的ZIFs作为前驱体,制备了(111)晶面选择性暴露与可控活性位点的空心Co3O4十二面体及其复合物,表现出高效的OER催化性能。2、采用有序介孔氧化硅(KIT-6)为硬模板,通过固熔浸渍与模板刻蚀合成了有序介孔Co3O4-SnO2复合氧化物,其主要包含11 nm大介孔,比表面积高达161 m2·g-1,并研究了锡钴比例对介观结构的影响。电化学测试结果表明,介孔Co3O4-SnO2中Co3O4的含量直接影响其导电性,Co3O4的含量越高导电性越好,催化性能越好,达到10 mA·cm-2电流密度时的最低过电位为348 mV,证明了Co3O4-SnO2具有较好的OER催化性能。另外,还将其与有序介孔Co3O4和空心正十二面体Co3O4进行了电催化性能对比研究。