随着社会生产力的发展,人类社会对于能源的需求日益增长。目前社会能源供给中占大部分比例的仍是传统的化石能源,但化石能源的过度使用导致了环境污染以及储量不足的问题。开发和使用可再生能源代替传统化石能源对于人类社会的可持续发展具有重要的战略意义。将可在生能源产生的电能通过电解水技术转化为清洁氢能是一种切实可行的方案。限制电解水技术产业化的一个重要因素是驱动阳极发生的氧析出反应（oxygen evolution reaction,OER）所需的电能消耗大。开发出高效廉价的OER催化剂代替商业贵金属催化剂,降低OER反应能垒以提高电解水效率对实现电解水技术工业化具有重要意义。掺杂和缺陷调控作为常用且有效的改性手段被广泛使用于提升非贵金属催化剂的电催化析氧性能。杂质和氧空位的协同作用已被证明具有提升氧化物的OER性能的作用。但是受限于传统的改性方法,对于金属氧化物,在掺入与氧原子结合较强的阳离子杂质时,难以在掺杂的同时引入氧空位。钒原子与氧原子的结合较强,以往报道的工作主要集中在对氧化物进行V掺杂的研究。而对于V与氧空位的协同作用还待进一步研究。本文基于廉价的四氧化三钴催化材料,使用V离子注入技术对其进行改性研究。对Co3O4实现了钒杂质和氧空位的同时引入,并对V和氧空位的协同作用对OER性能的影响进行系统研究。具体如下:利用离子注入技术可以高分散均匀的引入杂质以及产生离子辐照的作用。通过钒离子注入,实现钒杂质和氧空位共掺Co3O4的一步法制备。根据晶体结构表征结果,经过钒离子注入后,Co3O4的晶体结构未发生明显变化。形貌表征证明了Co3O4为纳米片形貌。但进一步电子结构和元素分析测试结果证明了V离子注入后Co3O4中氧空位的生成以及钒元素的均匀掺杂。电化学OER测试结果表明,钒和氧空位共掺的Co3O4（V-Ov-Co3O4）驱动10 m A/cm~2反应电流仅需要329m V的过电势,远低于V掺杂的Co3O4（381 m V）以及未改性的Co3O4（403 m V）。V-Ov-Co3O4的反应动力学也优于未改性样品（塔菲尔斜率为74.5 m V/dec）,并表现出良好的稳定性。理论计算和电化学阻抗谱表明V和氧空位的掺入有效的提升了Co3O4的导电性。氧空位形成增加了Co原子的周围电子密度,提高了对HOO*反应中间体的吸附能力,这使得OER过程中能垒降低,从而与V杂质协同提高电催化活性。