由于气候变化和石油供应的枯竭,清洁能源的研究和开发对未来人类社会的发展至关重要。利用可再生能源(如太阳能、风能等)驱动电化学分解水是制备环境友好、可循环利用的高纯度氢燃料的有效途径。目前在电催化分解水反应中性能最好的仍然是贵金属,例如铂(Pt)应用于析氢反应(HER),而氧化铱(Ir O2)和氧化钌(Ru O2)应用于析氧反应(OER),但贵金属昂贵稀少且稳定性较差,大量的研究已经致力于发展过渡金属,尤其是自支撑过渡金属催化剂用于替代贵金属催化剂。纳米技术和材料化学的不断进步,为一系列先进纳米结构材料的出现做出了巨大的贡献。自支撑过渡金属催化剂直接生长在导电基底上降低了合成技术的成本,促进了基底与活性位点之间的电子传输,而且防止了催化剂在产生气泡过程中的脱落现象,从而提高了催化剂的催化活性以及稳定性。同时一些催化剂在实际应用中具有双功能性,这为探索新型电催化材料指引了方向。但是过渡金属与贵金属相比,催化性能仍然有很大的提高空间。设计高效稳定催化剂的关键原则在于暴露更多的催化位点,优异的导电性以及稳定的催化结构。围绕以上几点及设计原则,本论文主要可以分为以下几个部分:首先研究了利用常温浸泡法实现自支撑硫化亚铜纳米阵列结构的可控生长,并研究其在酸性环境下的电催化析氢反应,然后通过水热法在硫化亚铜表面外延生长钴酸镍,形成硫化亚铜/钴酸镍的异质结构,两者相互协同作用使析氢反应性能进一步提高;随后,利用电化学活化的方法将自支撑硫化亚铜纳米线结构转化为硫掺杂氧化亚铜的疏松多孔结构,应用于电催化全分解水反应,性能得到大幅度提升,并通过理论计算和实验监测共同结合的方法,深入讨论了性能与结构变化之间的关系;最后,我们创制了界面直接外延诱导法生长羟基氧化物的制备方法,并成功在此过程中将铁原位掺杂进羟基氧化物中,该催化材料不仅在合成步骤上简化于二次氧化氢氧化物制备羟基氧化物的两步法,而且在电催化析氧反应的应用上远远优于传统的氢氧化物。