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近年来,化石燃料的大量消耗以及由此产生的严重的环境污染问题日益引起人们的普遍关注。因此研究、发展干净的和可再生的能源来代替化石燃料对解决能源枯竭问题具有重大推动作用。氢气由于其干净、可再生和能量密度高等特点被认为是当前最具有前景的新能源。目前,电化学分解水技术因其操作简单、低能耗、产品纯度高以及对环境友好等优点一直是氢能源技术领域内研究的热点。然而,由于水分解制氢在热力学上是一个需要吸收能量的过程,因此有必要通过研究性能优异的电催化剂来降低水分解中两个半反应（析氢反应和析氧反应）的能耗。贵金属基材料是目前性能最为优异的电催化剂,但贵金属由于价格昂贵与储量稀缺,从而限制了其作为电催化剂在工业上的应用。因此,发展储量丰富、价格低廉的高活性电催化剂对于用来取代化石燃料的氢能源的研究是至关重要的。本论文研究工作为设计和制备用于析氢和析氧的高效电解水能源材料提供了新思路。获得的主要具体研究内容如下:（1）高效稳定析氢催化电极-界面设计的结晶/非晶Co2P/CoMoPx-NF的制备及性能研究。开发高效电解水制氢的催化电极已成为解决能源危机和环境问题的有效策略。储量丰富的过渡金属磷化物因其独特的化学性质,被越来越多的用来制备析氢催化电极。本章,在室温下利用一步电沉积法在泡沫镍（NF）表面制备界面设计的结晶/非晶的Co2P/CoMoPx膜层。在电解电流密度为10 mA·cm-2时,其析氢过电位为-22 mV,Tafel斜率为87.2 mV·dec-1,这样性能接近于Pt/C的值,证明Co2P/CoMoPx-NF电极具有高效的析氢催化性能。稳定性试验表明Co2P/CoMoPx-NF电极具有良好的催化稳定性。此外,讨论了通过改变电沉积参数-电流密度来调控电极材料中结晶相与非晶相之间的界面,从而对析氢催化性能产生的影响。这项研究为开发拥有这样独特结构的非贵金属高效析氢催化剂提供一个有效的策略。（2）高效稳定的铁掺杂的磷化钴双功能电催化剂的制备及性能的研究。磷化钴由于具有良好的析氢催化活性,而引起了人们广泛的研究兴趣。相比较单一的析氢或者析氧电催化剂,双功能电催化剂由于可以在同一电解质环境中同时降低析氢反应和析氧反应产生的过电位,从而减少了整体电解水所需要的能耗,因此广泛吸引了研究者的关注。研究者发现可以通过金属掺杂的方式来改变活性中心的电子结构,同时将HER活性物质与OER活性物质结合同一电极材料上,有利于开发双功能电催化剂材料。通过优化电沉积参数,从而在泡沫镍表面利用一步电沉积法制备Fe-Co-P膜层,其即具有磷化钴的良好的HER活性,又由于引入铁而增加了OER活性。电化学测试表明,三元Fe-Co-P电极在电解槽中同时作为阴极和阳极表现出优越的HER、OER和整体电解水性能,在电流密度为10 mA·cm-2时HER过电位为-27 mV,OER过电位为286 mV,电解电压为1.55 V,这样的性能接近于Pt/C-IrO2组合的值,证明通过铁掺杂可以增加电催化剂的OER性能,从而成功制备具有良好整体电解水性能的三元Fe-Co-P电极。此外,我们讨论了调控掺杂的铁的含量对电催化剂的OER性能的影响。这项研究为开发同时具有HER和OER活性的非贵金属双功能电催化剂提供了新的思路。（3）高效稳定自支撑Ni/NiSPx双功能电催化剂电极的制备及在模拟的工业环境中的性能研究。目前工业上电解水制氢需要在高电池电压1.8-2.4 V下提供200-400 mA·cm-2电流密度进行催化反应,这样巨大的能耗下氢气的产率低于5%。因此我们迫切地需要开发在高电流密度下可以在工业环境中实现高效电解水制氢的双功能电催化剂。本文,在高电流密度下通过准确调节电化学沉积参数来控制双功能电催化剂的催化性能的基础之上,利用简单、快速电沉积法在泡沫镍表面制备Ni/NiSPx双功能电催化剂电极。电化学测试表明,在高电流密度下Ni/NiSPx双功能电催化剂电极在模拟的工业环境中比当前工业上催化电极表现出更高效的整体电解水催化性能,在电解水电流密度为1000 mA·cm-2时,其电解电位为2.38 V,而目前工业上的电催化剂在电解电压为2.4 V时仅仅提供400 mA·cm-2电流密度。且在1000 mA·cm-2的高电流密度下能稳定电解催化超过30 h,这就为工业电解水制氢在实际应用领域提供了诱人的前景。