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氢具有很高的质量比能量密度,被认为是一种很有前途的能源和化石燃料的替代品。电化学分解水提供了一条很有前途的制氢途径。然而,水裂解反应中动力学缓慢的多电子析氧反应（OER）是产氢的最大阻碍,需要催化剂来提高OER反应速率。目前OER电催化剂仍过度依赖于高催化活性的贵金属,如铱或钌氧化物。但这些贵金属氧化物的高价格和低储量限制了其大规模应用。因此,亟待开发新型廉价且高效的OER电催化剂,改善电解水制氢的经济性。过渡金属基氢氧化物具有特殊的电子结构、稳定的化学性质和高的催化活性,是一类很有前途的OER电催化剂。其中镍铁基氢氧化物催化剂被认为是OER催化性能表现较突出的,但其存在电子导电性差和本征催化活性低的缺点。为了进一步提高镍铁基氢氧化物析氧电催化活性及稳定性,本论文从“提升镍铁基氢氧化物电子导电性”和“改善镍铁基氢氧化物本征催化活性”两个大的方面展开。采用电化学合成的方法,来结合模板法、水热、溶蚀以及腐蚀掺杂的方法在导电基体泡沫镍上制备一系列的复合改性的镍铁基氢氧化物电催化剂,通过增加催化剂粘附性、导电性、元素掺杂、增大催化活性面积以及制造催化缺陷位点,从而实现电催化剂的理性设计和析氧催化性能的优化提升。论文具体研究内容分为以下四个部分:（1）Ni Fe层状双氢氧化物（Ni Fe-LDHs）被认为是析氧反应中很有前途的贵金属电催化剂的替代物,通过聚苯乙烯微球模板法和两步原位电沉积法在泡沫镍基体表面制备Ni Fe-LDHs/Ni/NF纳米线结构催化剂。Ni Fe-LDHs/Ni/NF催化剂具有高比表面积、多催化活性中心和长工作稳定性。在Ni Fe-LDHs/Ni/NF中,多孔镍中间层分别与泡沫镍基体和催化层Ni Fe-LDHs纳米线紧密结合。这种结构提高了催化剂纳米线向基体的电子传输能力,同时增加了催化剂的表观活性面积,更有利于催化OER。与Ni/NF、Ni Fe-LDHs/NF相比,Ni Fe-LDHs/Ni/NF表现出更低的过电位247 m V(10 m A cm-2)、更低的Tafel斜率35.52 m V dec-1和更长的催化稳定性(24h@10 m A cm-2)。在组装的全水解体系（+）Ni Fe-LDHs/Ni/NF||Ni/NF（-）中,在低电位1.55 V下可获得10 m A cm-2的电流密度。（2）将无定型Fe OOH电沉积在Ni Co2S4纳米管阵列上,在泡沫镍上形成具有Fe OOH纳米片包覆Ni Co2S4纳米管阵列的三维核壳异质结构催化剂Fe OOH@Ni Co2S4/NF,作为OER和HER双功能催化剂用于水的整体分解。得益于三维结构和异质界面,Fe OOH@Ni Co2S4/NF催化剂在1 M KOH溶液中对析氧反应表现出良好的催化活性和稳定性,达到10 m A cm-2电流密度仅需228 m V过电位,Tafel斜率低至44.03 m V dec-1,以及不错的OER催化稳定性(50 h@10 m A cm-2);同时对析氢反应也表现出较好的催化活性,达到10 m A cm-2电流密度仅需112 m V过电位。此外,组装的全解水系统中,Fe OOH@Ni Co2S4/NF达到10 m A cm-2电流密度仅需1.56 V的低电位。详细的研究表明,三维结构提供大的电解质接触界面、Ni Co2S4纳米阵列提供良好的电子导通能力和大的活性位点暴露面以及Fe OOH与Ni Co2S4异质界面强的电子相互作用是催化性能优异的关键因素。（3）以泡沫镍为基体,采用电沉积法制备了非晶态Ni Fe Al-LDHs电催化剂,然后用碱腐蚀法制备得到具有金属缺陷位的D-Ni Fe Al-LDHs电催化剂。三价铝离子的引入会改变Ni Fe Al-LDHs中Ni和Fe原子的配位环境,此外,在强碱性溶液中刻蚀Ni Fe Al-LDHs中的Al物种可以大大增加其活性中心的数量。D-Ni Fe Al-LDHs电催化剂表现出比Ni Fe-LDHs更高的OER电催化活性,是由于D-Ni Fe Al-LDHs纳米片中引入了铁和镍缺陷,有效地调整了表面电子结构,加速对OH-的吸附,从而提高析氧反应催化速率。其在电流密度为10 m A cm-2时,仅需262 m V的低过电位,Tafel斜率低至41.67 m V dec-1表现出高电流催化活性。（4）采用电沉积结合化学腐蚀工程的方法,在泡沫镍上原位生长了一系列W掺杂的含氧空位的纳米多孔层状双氢氧化物（Ni Fe W-LDHs）。在Ni Fe-LDHs中掺入适量的W,通过改变Ni和Fe的局域环境来调节电子结构,并产生氧空位,从而使催化剂表面具有丰富的OER催化活性中心。由于具有良好的电子导电性和三维多孔状结构,优化后的Ni Fe W3-LDHs对水氧化表现出优异的电化学活性,具有低过电位(η10=211 m V)和小的Tafel斜率(36.44 m V dec-1)。Ni Fe W3-LDHs在10 m A cm-2电流密度下也能至少稳定120 h。此外,XPS和电子顺磁谱表明,W掺杂可以显著提高Ni Fe-LDHs的氧空位浓度。理论计算还表明W掺杂引入的氧空位能有效地调节Ni Fe-LDHs的本征电子结构,优化对中间体（*OOH）的吸附能,加速OER反应动力学。