电解水工业制氢包括析氧反应(OER)和析氢反应(HER)两种半反应，需要高效、经济的电催化剂。过渡金属亚磷酸盐M11(HPO3)8(OH)6(M=Ni,Co等)拥有三角形和六角形通道的三维八面体阵列结构，其独特的微孔通道有利于将活性位点暴露在电解质中，提高界面电荷转移速度。通过引入杂原子调节催化剂组成，可以调节活性位点和局部电子环境，有望提升过渡金属亚磷酸盐纳米材料的电催化性能。本论文旨在通过化学液相法合成金属修饰的亚磷酸盐纳米材料催化剂，利用结构诱导提高电催化OER、HER及全水裂解性能。本论文主要合成了Fe掺杂Co11(HPO3)8(OH)6纳米片阵列结构、Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米线结构和Cu/Ni11(HPO3)8(OH)6核-壳纳米线结构，并对合成的材料进行了析氧反应、析氢反应及全水裂解性能的详细研究。本论文主要讨论内容如下：
　　1．以去离子水和异丙醇为溶剂，通过一步液相法在泡沫镍上制备了Fe掺杂Co11(HPO3)8(OH)6纳米片阵列结构用作全水裂解的双功能电催化剂。Co11(HPO3)8(OH)6中羟基和亚磷酸根两种不同的质子受体加速了质子和电子的快速转移。Fe3+离子的掺杂调整了Co11(HPO3)8(OH)6的电子结构，显著增加了亲水性、导电性和活性表面积。密度泛函理论(DFT)计算结果表明，Fe掺杂降低了OER中间体的吉布斯自由能和H*吸附能，而提高了d-带中心的态密度(DOS)，表明Fe掺杂Co11(HPO3)8(OH)6具有更高的OER和HER催化活性。优化后的Fe11.7％-Co11(HPO3)8(OH)6在1MKOH电解液中对OER和HER表现出了出色的活性、耐久性和结构稳定性。在OER过程中仅需要206mV的过电势就可以输出20mAcm?2的电流密度；在268mV过电位下可以驱动500mAcm?2的电流密度。对于HER过程，仅需102mV就可以驱动10mAcm?2的电流密度，263mV可达到500mAcm?2的电流密度。由两个Fe掺杂Co11(HPO3)8(OH)6电极材料组成的碱性全水电解槽，在10mAcm?2时电池电压为1.494V，在500mAcm?2时电池电压为1.772V，并且整体水电解具有优异的稳定性。
　　2．在去离子水和异丙醇混合溶剂中通过一步液相法设计合成了Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米线结构。这种空间结构增大了催化剂与电解质接触的比表面积，暴露了丰富的电催化活性位点。Sn的加入改变了Ni11(HPO3)8(OH)6的电子结构，提高了催化剂的亲水性，成为具有双功能催化活性的高效整体水分裂催化剂。优化的Sn15.7％-Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线结构在OER性能上，当电流密度达到50mAcm?2时过电势仅为235mV。在HER中表现为仅需要73mV小的过电位即可驱动10mAcm?2的电流密度。使用Sn15.7％-Ni11(HPO3)8(OH)6电极材料分别作为阳极和阴极组成的全水电解槽仅需要1.49V的电池电压就可以驱动10mAcm?2的电流密度。
　　3．以泡沫镍为基底，通过一步液相法在去离子水和异丙醇混合溶剂中设计合成了Cu/Ni11(HPO3)8(OH)6核-壳纳米线结构。在Ni11(HPO3)8(OH)6中羟基和亚磷酸根两种质子受体可以加速质子和电子的快速转移，包裹的Cu纳米薄膜为电子输运提供了通道，有利于电荷快速转移，加速了反应动力学。结果表明，优化的Cu9.2％/Ni11(HPO3)8(OH)6具有杰出的OER催化活性，在电流密度为50mAcm?2时，过电势为251mV，当达到800mAcm?2的高电流密度时仅需要292mV的过电位。这种Cu9.2％/Ni11(HPO3)8(OH)6电极材料也表现出极好的HER催化活性，仅需要68和274mV小的过电势，电流密度分别达到10和800mAcm?2。用Cu9.2％/Ni11(HPO3)8(OH)6核壳纳米线分别作为两电极碱性全水裂解的阴极和阳极，仅需要1.491V的电池电压就可以驱动10mAcm?2的电流密度，并具有良好的持久性。