当前,开发环境友好、清洁可持续再生的新型能源已成为全球科学家关注的研究热点。电解水技术是基于电化学或光电分解水的原理,利用可再生的电能或太阳能使水分解为氢气（析氢反应HER）和氧气（析氧反应OER）,被认为是目前最有前途且最有可能实现工业生产的方法之一。目前公认优良的电催化剂分别是Pt/C（HER）和Ru O₂（OER）,但贵金属高昂的成本限制了此类电极材料的广泛应用,也使得电解水具有能耗较高、规模较小的缺点。因此,寻找活性高效、性能稳定、价格低廉、储量丰富的金属元素来替代贵金属,一直是科学家们不懈追求的目标。近年来,新兴的有机-无机杂化功能材料——金属有机框架（Metal-organic frameworks,MOFs）,是由金属原子和有机配体之间的配位键形成的具有周期性的结构单元。其具有明确的化学结构和易接近的活性位点,且比表面积大、孔隙率高、易功能化等优点,在能源储存和转化方面虽然取得了很大进展,但在还存在许多需要解决的问题。因此,基于MOFs的以上优点,我们设计了一系列多级结构的MOFs催化材料,并将其应用于HER、OER以及双功能电解水催化反应。主要研究成果如下:1.首次使用混合溶剂法,以过渡金属（Co,Ni）,2,6-萘二酸（NDC）配体进行自组装制备双金属有机骨架。在保持结构不变,形貌为二维（Two-dimension,2D）纳米片的基础上,对MOFs催化中心电子结构进行调控和优化,研究其电催化产氧性能（OER）。最优材料Co₈Ni₁-NDC具有出色的OER活性,在1.0 M KOH电解液里,电流密度为10 m A·cm^-2下的过电势为298 m V,优于Ni-NDC二维纳米片的OER性能。通过对本MOFs合成方法的创新,材料的结构不发生改变,但暴露出不同的晶面,进而改善电催化性能;对金属节点的设计,进而优化MOFs催化活性中心电子结构,而改善材料的电催化性能。2.使用通用的一锅水热反应法,直接在镍泡沫基底上生长取向良好的二维（2D）Ni Fe-BPDC阵列。通过对MOFs金属节点的设计,进而调控催化活性中心的电子结构以提高电催化性能。结果表明:最优催化剂（Ni₅Fe₁-BPDC）对析氧反应（OER）和产氢反应（HER）具有很高的电催化性能,在碱性介质中过电势较低,分别为237 m V(在电流密度为25 m A·cm^-2时)和122 m V(在10 m A·cm^-2的电流密度下)。使用基于2D Ni₅Fe₁-BPDC催化剂进行全水分解反应,在1.64 V时显示100 h的稳定性,这为商业上实现全水分解系统提供了一条有希望的途径。高性能的电催化活性是材料表面大量不饱和配位金属原子的结果,铁的添加对提高活性也至关重要。3.引入一种可控的原位硫化策略,以3D Co Fe-MOF-74作为自牺牲模板,从Co离子中部分生成导电性良好的超小型纳米片Co Sx物种,所得的Co Sx@MOF-74杂化物表现出增强的电催化活性和长久的稳定性。在1.0 M KOH碱性溶液中,最佳催化剂Co₃S₄@Co₂Fe₁-MOF-74有效催化水的氧化,仅需要232m V的超低电势就能达到10 m A·cm^-2的电流密度;即使经过100 h的时长,电流密度也几乎保持不变。为设计高度有序的基于MOFs的表面活性材料（而不是用作高温煅烧的模板和/或前体）具有高效生产氧气、有良好稳定性的电催化剂提供新途径。