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随着工业化的快速推进和化石能源的过度开发,环境污染和能源短缺已成为当今社会所面临的两个最严重的环境问题。作为一种理想的清洁能源载体和化工生产原料,氢能受到了世界各国的广泛关注,氢能的使用量和需求量也在逐年升高。电催化分解水是大规模低成本生产氢气的重要手段,也被认为是解决这两大社会问题的潜在策略之一。合理设计经济高效稳定的催化剂是当前电催化析氢反应（HER）的主要问题。铂基（Pt）催化剂是目前性能最佳的析氢催化剂,但由于铂在地球上的储量低、价格高昂,限制了其规模化生产。设计和开发高性能、低成本的低贵金属负载催化剂成为解决该问题的方案之一。本论文主要是通过将只有Pt价格1/3的Ru（ΔGH与Pt接近）引入过渡金属基催化剂体系中,较低含量的Ru（Ru掺杂,Ru纳米颗粒）引入之后,能够与基底之间相互作用,有效调控体系的电子结构,提升样品的HER性能。具体内容如下:1.采用了一种绿色、简便、省时的Ru掺杂和空气等离子体协同处理策略,有效提高了由ZIF-67纳米棒阵列原位转化的Co Ni-LDH纳米片组装的纳米管阵列（NTAs）的HER性能。Ru掺杂和空气等离子体处理不仅调节了Co Ni-LDH的氧空位,优化了其电子结构,而且增加了表面的亲水性和疏气性,从而极大地提升了其催化活性。空气等离子体处理后的Ru掺杂Co Ni-LDH（P-Ru-Co Ni-LDH）纳米管阵列表现出了优异的HER性能,10 m A cm-2的电流密度时仅需要29 m V的HER过电位。此外,当P-Ru-Co Ni-LDH同时作为尿素氧化辅助的水分解电解池的阴极和阳极时,在10 m A cm-2时只需要1.36 V的较低的电压。并且在连续进行100 h的i-t测试之后,样品的活性没有明显的衰减,表现出优异的稳定性。通过电子结构调控和表面润湿性改善的共同作用优化了P-Ru-Co Ni-LDH的HER性能。这种内外协同的设计策略,可以应用于开发其他类型的催化剂。2.通过缺陷锚定和原位还原相结合的方法,室温条件下在含有阳离子空位的D-Co Ni-LDH表面均匀地沉积了一层Ru纳米颗粒,获得了Ru纳米颗粒耦合阳离子空位的Co Ni-LDH复合材料,促进了电催化产氢性能。首先,通过ZIF-67原位转化合成了Al掺杂的Co Ni-LDH,通过碱刻蚀形成有金属阳离子空位的D-Co Ni-LDH。由于阳离子空位和Ru3+之间的静电吸附使Ru能够均匀地分散在样品地表面,原位还原之后达到锚定Ru纳米颗粒的效果。样品表面的Ru纳米颗粒能够有效地调控Co Ni-LDH的电子结构,优化HER的Volmer步骤以及原子H的吸附和解吸,从而显著增强HER活性。Ru-D-Co Ni-LDH催化剂在达到10m A cm-2的电流密度时只需要21 m V的过电位。而且引入阳离子空位之后的D-Co Ni-LDH样品相比于Co Ni-LDH样品的OER稳定性得到了大幅度的提升,这为后续设计和开发相关的其他催化领域的高性能和高稳定性的催化剂提供了新的灵感。3.在三聚氰胺的辅助下,通过一步高温催化法将Ni Fe-LDH衍生成Ni3Fe合金纳米颗粒封端的氮掺杂的碳纳米管（N-CNT）,相比于Ni Fe-LDH,展现较好的OER性能,同时给样品外层提供了一层稳定的铠甲,样品的OER稳定性有着很大的提升。相比于Ni Fe-LDH在100m A cm-2的电流密度下循环100h之后其电流只衰减了8%。此外,通过Ni3Fe合金的还原性以及碳纳米管中高电负性N位点的锚定作用,在碳纳米管的表面原位还原生成一层均匀分布的细小Ru纳米颗粒,使样品的HER性能有着较大的提升。样品只需要25 m V的过电位就可以达到10m A cm-2的电流密度同时拥有较低的Tafel斜率(28.1 m V dec-1)。在50m A cm-2时进行100h的稳定性（i-t）测试,样品的电流也没有发生明显的变化。所构筑的这种氮掺杂的碳纳米管包覆Ni3Fe合金的结构不仅给催化剂穿上了铠甲,在其表面负载Ru纳米颗粒之后更是给催化提供了利器,1.5V的干电池可以驱动全水分解过程,同时,100h的稳定性测试之后样品的电流密度也有很好的保持。这种高活性和高稳定性和低贵金属负载的的全水分解催化剂有实际应用的潜力。