氢能作为清洁能源,在全球能源结构中的消费占比持续增加,预计2050年将突破18%。在氢能的众多应用中,以氢燃料电池为动力的氢能源汽车得到了迅猛的发展,预计2030年全球销量将达到1000-1500万辆。目前市场上制备氢气的方式主要依赖于石油化工、煤燃烧等,其中含有的碳杂质对氢燃料电池中铂基催化电极具有明显的毒化作用。因此,发展电解水池被认为是一种制备高纯氢气（纯度＞99.999%）的有效途径。然而,电解水池中阳极析氧反应（OER）需经历四电子/质子转移,其缓慢的动力学过程严重限制了阴极氢气的析出效率。因此,急需开发高效、稳定的析氧催化剂,降低OER过电势以提高电解水效率。在常见的析氧催化剂中,价格低廉、储量丰富的过渡金属催化剂已逐渐替代氧化钌、氧化铱等贵金属催化剂,得到了广泛的应用。尤其以镍/铁为基础的过渡金属氧化物、硫化物、氢氧化物等催化剂,展现出优异的电化学析氧性能。然而,析氧过程中金属-氧配位环境的变化,导致催化剂表面形貌及活性位点结构发生演变,降低催化剂的析氧活性及长程稳定性。面对此问题,本论文研究了以下工作,以便获得同时具备高活性以及高稳定性的过渡金属基化合物OER催化剂。1)针对析氧催化剂在OER过程中因溶蚀、相分离等影响,其表面成分发生改变引起析氧活性下降的问题,我们通过诱导金属元素在体相-表面间的迁移调控催化剂表面成分,进而提高其析氧效率及稳定性。首先,我们通过电沉积及化学刻蚀的方法构筑三维多孔自支撑镍铁材料,并进一步结合表面氧化及热处理技术制备具有Fe元素浓度梯度的核壳NiFe@NiFexO-CG（CG代表concentration gradient）电极,研究Fe元素在催化剂体相-表面间迁移对表面成分及析氧性能的影响。其次,通过调节金属-氧配位环境实现Fe元素的分步体相-表面迁移,利用阶梯式平衡状态的构筑进一步优化表面组成,实现析氧催化剂性能的显著提高。相对于普通的NiFe@NiFe O电极,经过Fe元素迁移后的NiFe@NiFexO-CG电极在1.6 V vs.RHE时活性能够提升60%(31.8 m A cm-2→51 m A cm-2)。进一步,析氧惰性的Ni VO电极在经过阶梯式平衡调整后,其析氧性能得到了显著的提升,10 m A cm-2电流密度时的过电势仅为325 m V,该策略对于提升析氧催化电极性能具有良好的普适性。2)在上述研究的基础上,我们进一步探讨了金属元素体相-表面间迁移对于催化剂表面活性位点结构单元的影响规律,以及其对于提升高活性过渡金属硫化物电极稳定性的作用机制。首先,对上述电极进行硫化处理构筑NiFe@NiFexS-CG电极,通过XPS及拉曼技术对OER过程中催化剂的表面氧缺陷及Ni-O-Fe结构单元的变化进行观测,获得金属元素迁移对于催化剂表面Ni-O-Fe结构单元的影响规律。进一步,利用锂离子插层的方法监测催化剂表面的结构强度变化,解析Ni-O-Fe结构单元对于提升高活性催化剂析氧稳定性的作用机制。研究发现,体相-表面间的Fe元素迁移能够在催化剂表面形成新的Ni-O-Fe结构单元,修复析氧过程中表面结构的破坏并减少表面缺陷数量,增强活性表面结构强度的同时稳定Ni/Fe活性中心,所构筑的NiFe@NiFexS-CG电极能够稳定运行50000圈CV循环以及超过800 h的恒流测试(20 m A cm-2)。