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氢气具有清洁、可持续和能量密度高等优点,被认为是替代传统化石燃料体系的理想无碳能源。水分解反应是制备高纯氢气的理想途径之一,它包括两个半反应即阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER）,而水分解的整体效率取决于电极反应所使用的催化剂。目前使用的贵金属基电催化剂虽然具有高效的电催化性能（如Pt/C用于HER和Ru O2/Ir O2用于OER）,但是其高成本和稀缺性的缺点严重限制了它们的大规模应用。因此,开发低成本、高效的具有析氢/析氧活性的过渡金属基催化剂引起了人们极大的研究兴趣。但是,大多数过渡金属基电催化剂的活性和稳定性仍远不能达到商业要求。鉴于此,我们从优化元素组成、调控微观形貌以及改善结合方式等角度出发,设计并合成了一系列钼基电催化剂用于高效、稳定和经济的水分解反应。本论文具体研究内容如下:（1）针对降低析氢电压,减少分解水产氢成本,我们利用Mo O3纳米带作为前驱体与镍盐水热合成了由纳米片组成的NiMo O4多级微米球,并通过进一步的原位还原制备了Mo Ni多级微米球（Mo NiHM）。该催化剂具有合适的晶体结构,多孔纳米片结构和较大的比表面积可以增强固有催化活性,表现出优异的电催化析氢活性,其起始电位仅为-7 m V@1 m A cm-2并且具有良好的产氢稳定性。将Mo NiHM作为助催化剂与光催化剂Cd S NWs进行简单的物理混合,获得的Mo NiHM/Cd S NWs纳米复合催化剂在可见光照射下对氢析出体现了高的光催化活性,比纯Cd S NWs的高21.4倍。本研究探索利用低成本且高效的非贵金属Mo NiHM作为助催化剂来代替价格昂贵的贵金属助催化剂用于光催化产氢。（2）针对在酸性电解液中过渡金属氧化物OER电催化剂易腐蚀、难以稳定存在的问题,我们用碳纳米管复合Mo O3纳米带抽滤成Mo O3NB/CNT-M柔性膜为前驱物,在Ar/H2气氛中热处理及进一步的原位硒化获得具有多级结构的Mo Se2纳米片分散在Mo O2纳米带上的复合电极（Mo Se2NS/Mo O2NB/CNT-M）。对其进行结构、电化学性能表征,结果表明多孔结构的Mo Se2NSs/Mo O2 NBs/CNTs-M膜最大限度地暴露活性位点,促进离子/电子扩散以及CNT和Mo Se2 NS/Mo O2 NB强耦合效应,使得Mo Se2NSs/Mo O2NBs/CNTs-M具备了优异的HER和OER活性及稳定性。以Mo Se2NSs/Mo O2 NBs/CNTs-M（-）//Mo Se2NSs/Mo O2 NBs/CNTs-M（+）构建的全解水电解池具有优异的性能,驱动10m A cm-2的电流密度所需的电压仅为1.63 V。（3）为了进一步降低能耗,在合金颗粒调节界面析氢催化过程的基础上,通过改变热还原气氛,构筑具有高导电特性的氧化物与合金的异质结结构,提高电催化材料的本征催化活性和导电性,实现析氢、析氧过电位的降低,揭示过渡金属合金/氧化物界面对析氢析氧反应的调节作用机制,进一步揭示界面与催化活性之间的“构-效关系”。Mo O2是一种半导体氧化物,具有良好的导电性和化学稳定性。所以这里选用我们自制的六边形Mo O2纳米薄片作为基底和钼源,通过外延生长的方式及改变反应气氛在Mo O2纳米薄片基底上原位垂直生长NiMo、Co Mo O4纳米片阵列分别作为阴极HER和阳极OER催化剂,用于全解水。大量分散的NiMo具有很高的催化活性,而由Mo O2纳米片支撑起的3D多孔纳米片阵列结构暴露出了更多的活性位点,并充当了协同催化过程中的助催化剂,同时使该阵列催化剂的电导率提高。在NiMo/Mo O2界面处,电子从类金属特性的Mo O2转移到NiMo,提升了NiMo析氢活性,同时提升了作为析氧活性中心Co Mo O4的催化活性,促进了全水解过程,提高了电解水的效率。制备方法简单易得,为合成生产成本低、高活性、结构稳定的水分解制氢催化剂提供了一种实用且直接的可能。