在开发新型可持续能源系统中,如燃料电池、金属-空气电池和电化学水分离系统方面,研究工作者已经表现出浓厚的兴趣,已经开展了大量的基础研究和应用研究。这些应用中涉及到一个共同的氧电极反应,氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）。电催化氧还原反应和电催化氧析出反应是燃料电池,金属空气电池和水分解器件中的重要组成部分。同时氧析出反应也是电催化裂解水产氢的一个重要半反应。然而对于氧还原反应与氧析出反应,他们的反应势垒较高,反应动力学较慢,严重地制约了可持续能源的开发。因此,发展高效的电催化剂来加快氧还原与氧析出反应进程显得至关重要。目前,贵金属Pt和RuO₂具有优异的电催化氧还原和氧析出性能。然而这些材料价格昂贵,储量有限,稳定性差,易中毒失活等缺点阻碍了其大规模商业化应用。本论文选取碳材料和过渡金属CoS为研究对象,分别作为ORR催化剂和OER催化剂。首先,以碳材料为研究模型,调控材料的电子结构,改善碳材料的本征活性,同时在双杂原子掺杂的材料中引入大量的孔洞来增加其催化位点的数目,结合这两方面来调控碳材料的ORR电催化性能。其次,以TETA插层的CoS层状材料（CoS-TETA）作为研究模型,通过低温Ar等离子体技术来实现CoS-TETA层状材料的剥离,形成超薄的CoS纳米片,从而增加电催化剂的活性位点数目,同时通过等离子体的强刻蚀作用在超薄CoS纳米片表面引入缺陷和孔洞来优化催化剂的电子结构,提高催化剂的本征活性,最终增强CoS电催化剂的OER性能。详细内容如下:（1）制备具有痕量Co掺杂和丰富边缘位点的N,P双掺杂碳材料。在Co²⁺的存在下,三聚氰胺和植酸自组装成三聚氰胺-植酸的超分子聚集体（MPSA）。然后,将MPSA在Ar/H₂气氛下热解来制备前驱体（MPSA-Co-900）。随后,将所合成的前驱体用酸洗涤,为了去除前驱体中的金属Co,使前驱体表面上形成大量的孔洞,制备出最终的催化剂（MPSA-Co-900-Acid）。通过SEM、TEM来观察所合成催化剂的微观形貌以及变化。利用BET来测试催化剂的比表面积。结合XPS来研究催化剂的表面化学组成和成键类型。结果表明:MPSA-Co-900-Acid催化剂的纳米片上结构中形成许多孔洞,暴露出更多的活性位点。N,P成功掺入到层碳材料中,掺杂原子可以调节碳原子的电子结构,产生更多的ORR活性位点。此外,痕量的Co掺杂在碳材料中在形成Co-N-C活性物质可以进一步提高ORR性能。最后用运电化学测试来评估酸洗后得到的痕量Co掺杂和丰富边缘位点的N,P双掺杂碳材料的ORR电催化活性。在0.1 mol dm^-33 KOH电解液中,痕量Co掺杂和富边缘位点在双掺杂碳纳米片中的协同作用,使得MPSA-Co-900-Acid显示出非常好的ORR活性,接近商业化Pt/C催化剂。所合成的MPSA-Co-900-Acid催化剂也显示出更好的燃料选择性和更高的长期稳定性。（2）以体相TETA插层的CoS纳米片（CoS-TETA）为研究模型,运用Ar等离子体技术剥离体相（CoS-TETA）纳米片,形成超薄的Ar-CoS-TETA纳米片,同时在超薄的纳米片中引入缺陷和孔洞。结合SEM、TEM和AFM来观察富缺陷多孔的超薄CoS纳米片的微观形貌和厚度的变化;利用XRD来表征处理前后材料的晶体结构的变化;结合XPS来分析处理前后催化剂表面元素组成和价态的变化。运用电化学测试方法来评估处理前后催化剂的OER电催化活性。结合上述表征和测试,研究和探索Ar等离子体处理对CoS-TETA催化剂的微观组织、厚度尺寸、晶体结构、元素组成价态以及OER电催化活性的影响。结果表明:Ar等离子体处理后,体相CoS-TETA纳米片厚度和尺寸明显下降,被成功剥离,形成了富缺陷和边缘的超薄多孔CoS纳米片（Ar-CoS-TETA-10）。超薄CoS纳米片的形成暴露出更多的表面活性位点,富缺陷和富边缘的引入,改变了CoS表面的电子结构,利于OER反应中间体的吸附,最终提高了Ar-CoS-TETA-10样品的OER催化性能。相比CoS-TETA纳米片,Ar-CoS-TETA-10样品显示出更加优秀的OER催化性能。在1 mol dm^-33 KOH电解液中,当电流密度达到10 mA cm^-2时,所需的过电位为341mV。将所合成的Ar-CoS-TETA-10样品滴涂到三维导电基底泡沫镍上,10 mA cm^-2所需的过电位仅为291 mV。