电解水制氢、金属-空气电池等新能源技术的发展与析氢、析氧、氧还原反应过程密切相关,而这类反应的动力学特性缓慢,因此研究开发适宜的电催化剂以提高反应效率具有重要的理论和实用意义。传统电催化剂一般均为贵金属或贵金属合金。贵金属催化剂自然储量少、成本高、催化稳定性较差,严重制约了其更为广泛的应用。本论文以钴基氧化物与纳米碳基的复合催化剂为主要研究对象,通过构建和调控催化剂的纳米结构、活性位点并进行硫化与磷化处理,详细探索了催化剂中活性离子的变价及其比例与催化剂活性之间的联系,从而揭示了该类催化剂表面的电化学反应机制。主要研究内容如下:（1）利用NaCl模板,以硝酸钴为金属源,聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为碳、氮源,制备了钴基前驱体纳米片,经二次热处理得到氮掺杂的钴氧化物与碳基复合材料（Co₃O₄/C纳米片）。采用X射线粉末衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）以及高分辨透射电镜（HRTEM）对Co₃O₄/C纳米片样品进行了物相和结构表征,在碱性条件下进行了电化学性能测试,实验数据显示所得Co₃O₄/C纳米复合材料具有一定的ORR/OER双功能催化活性。（2）采用Na₂S为硫源,水热法处理钴基氧化物与碳基复合材料（Co₃O₄/C纳米片）,制备了钴基硫化物与碳复合的纳米片（Co₉S₈/C）。经与上面类似的物相与结构表征和碱性溶液中的ORR与OER的催化性能研究,结果显示,硫化后的Co₉S₈/C双功能催化活性与稳定性都得到了极大提升,ORR的起始电位为0.892 V,比Co₃O₄/C正移60 mV;OER在10 mA cm^-2处的过电位为0.434V,相比于Co₃O₄/C降低了99 mV。其主要原因可能是:Co²⁺/Co³⁺比例的提高能促进钴的氢氧化物（CoOOH）的形成,该物质有利于OER催化;且硫化过程可能暴露更多的活性位点使得催化性能进一步提升。研究结论有望促进该类材料在新能源器件领域的实际应用。（3）采用次磷酸钠为磷源,通过氮气保护的固热反应对钴基氧化物与碳基复合材料（Co₃O₄/C纳米片）进行磷化处理,制备了钴基磷化物与碳复合的纳米片（CoP/C）。由于P带有微弱的负电荷,从而使磷化物更有利于氢的吸附脱附,更有利于水的全电化学分解。实验数据显示,碱性条件下CoP/C纳米片HER的析氢起始电位仅-0.053 V,比Co₃O₄/C正移99 mV;OER在10 mA cm^-2的过电位为0.421 V,比Co₃O₄/C的低101 mV。理论分析认为该催化剂的活性可能与磷元素的加入以及掺入过程暴露了更多的活性位点有关。研究结论为推动碱性电解水制氢更为广泛的应用提供了参考。