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近年来,因燃烧不可再生的化石燃料而导致的温室气体排放被认为是加剧全球气候变暖和大气污染的主要原因,可再生的清洁能源代替化石燃料可以有效缓解因燃烧化石燃料带来的环境问题。氢能因其高能量密度、清洁和可持续的优点而受到广泛关注,水电解则是一种先进的能源转换技术,用于生产氢能,其可潜在地大量存储间歇性的可再生能源。电解水制氢包含析氢反应（HER）和析氧反应（OER）,目前Pt系贵金属是最优异的催化剂,但因其成本高和资源匮乏而不能被大规模商用。为此,研究人员致力于开发非贵金属催化剂,其中以过渡金属（Fe、Co、Ni、Mo）为代表,用非贵金属来代替贵金属催化剂面临的主要问题是如何提高催化剂的反应活性,从而降低催化反应能垒和减少能量的消耗。迄今为止,科研人员主要通过增强材料的本征催化活性和调控其纳米结构来提高材料的催化性能:一方面,载体效应和界面效应可促进材料的本征催化活性,因其可以对反应中间体在电催化剂表面的化学吸附产生较强的调制作用,能够加快电解水的动力学反应;另一方面,合理的电催化剂结构可增加活性位点的数量,主要为活性金属相和非金属杂原子的掺入,从而形成合理的材料结构,显著提高材料的催化活性。本论文三个体系成果如下:1)该体系合成了分散在N,P共掺杂石墨烯表面的超细粒子CoRu合金催化剂（CoRu/N,P-G）,在酸性条件下用于析氢反应。CoRu合金均匀分散在石墨烯表面,合金是将不同金属的优点结合起来,产生协同效应,从而降低贵金属催化剂的使用成本,并且超细的合金暴露了更多的反应活性位点,可增强了催化剂的稳定性。与此同时,以N,P掺杂的石墨烯作为载体,增强了金属原子与碳原子之间的连接,从而加速了电荷转移速率。故CoRu/N,P-G催化剂表现出极佳的电催化HER活性。2)通过水热法在镍网（NF）上合成前驱体NiMoO4,利用退火法合成目标产物G@MoNi4-NiMoO4/NF。该材料中合金壳层与双金属氧化物之间形成的异质界面为催化反应提供了更多的催化活性位点,从而增加了活性位点密度。目标产物表面形成的石墨烯层可加快电荷的转移和保护内核催化剂。由于材料G@MoNi4-Ni MoO4/NF特殊的化学成分和结构的显著优势,在碱性条件下G@MoNi4-Ni MoO4/NF可作为出色的双功能电催化剂。3)设计了一种新的喷雾法用来合成Ru2P-Ni2P/CC催化剂。该催化剂中Ru2P纳米颗粒用来修饰Ni2P纳米片,Ru2P纳米颗粒紧密地固定在柔性Ni2P纳米片的表面,形成了Ru2P-Ni2P异质界面。异质界面可改善材料的本征催化活性、暴露边缘活性位点以及加快电荷的转移速率。这些优势使得该催化剂在较宽的pH范围内具有显著的HER活性,甚至与商用Pt/C相媲美。