近年来,由于化石燃料的枯竭,人们越来越重视清洁能源的开发和高效储能电池的探索,以此来实现能源的高效利用。氢是一种清洁、高效的能源载体,在未来有可能在一定程度上取代化石能源。其中,电解水制氢是大规模生产氢气的有效途径。不仅如此,锌空气电池由于其能量密度高,原材料丰富,安全且环保也受到了广泛的关注。阴极上的析氢反应（HER）和阳极上的析氧出反应（OER）是电解水制氢过程中重要的半反应。氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER）是锌空气电池中正极的两个重要反应。然而,电解水制氢和锌空气电池都因各自两个动力学缓慢的半反应而受到限制。虽然贵金属材料（Pt,Ru O2和Ir O2）在HER,OER和ORR过程中展现出优异的过电位,但是其循环稳定性差,单功能性和价格昂贵使其大规模的应用受到限制。因而开发高效,稳定的非贵金属双功能催化剂材料是解决问题的关键。自支撑材料（金属泡沫网或碳基材料）具有优良的导电性、大的比表面积和三维网络结构。负载在其表面的催化剂会提高催化剂的电子/物质的转移速率,加速气体（H2或O2）的吸附和逸出,大大增加催化剂的活性面积。基于以上思路,我们基于自支撑材料设计了一系列电催化剂并探索了其在电解水和锌空气电池（ZABs）中的应用,并取得以下成果:1、以泡沫镍（NF）为基底,设计了二元金属磷酸物(Ni Mn1.5PO4)与泡沫镍构成的复合材料(Ni Mn1.5PO4/NF)。首先,用0.1 M盐酸清洗泡沫镍,然后将清洗后的泡沫镍放入高锰酸钾和磷酸二氢钠的混合溶液中反应,即可获得Ni Mn1.5PO4/NF。NF既作为Ni源,同时还作为支撑基底,使形成的Ni Mn1.5PO4纳米片紧密的生长在NF表面,这种结构特点不仅改善了材料的导电性,而且NF的三维网络结构（3D）还使材料的比表面积和活性位点显著增加。实验表明,Ni Mn1.5PO4/NF作为双功能催化剂对HER和OER均表现出优异的催化活性。Ni Mn1.5PO4/NF催化剂在10 m A cm-2电流密度下在HER和OER过程的过电位分别为72 m V和198 m V。不仅如此,以Ni Mn1.5PO4/NF为催化剂的电解池在10 m A cm-2的电流密度下电解水过程中过电位仅有250 m V,H2产率可达4.17μmol min-1。结果表明,Ni Mn1.5PO4/NF复合材料在电解水制氢中具有重要的潜在应用前景。2、该工作中,同样以NF为支撑材料设计电催化剂。首先将NF放入铁氰化钾和柠檬酸混合溶液,在酸性条件下使NF表面活化释放Ni2+并取代铁氰化钾中的部分K+形成KNi Fe（CN）6/C。柠檬酸不仅与NF反应提供Ni2+的来源,而且还作为螯合剂形成KNi Fe（CN）6/C立方体,从而维持了KNi Fe（CN）6/C的立方体结构,由此获得了碳包覆立方KNi Fe（CN）6/C复合材料。这些立方体KNi Fe（CN）6/C均匀附着在NF表面（KNi Fe（CN）6/C/NF）。这种立方层状结构不仅能进一步提高KNi Fe（CN）6/C/NF的稳定性,而且碳层的存在也提高了材料的导电性。测试发现,在电流密度为10 m A cm-2和100 m A cm-2时,KNi Fe（CN）6/C/NF的OER过电位仅有69 m V和231 m V。此外,以KNi Fe（CN）~6/C/NF为催化剂组装的锌空气电池,表现出优异的循环稳定性,在5 m A cm-2的电流密度下能够稳定充放电1000圈,且电压间隙仅有0.85 V。不仅如此,基于KNi Fe（CN）6/C/NF催化剂组装的柔性ZABs同样表现出非常好的性能,在2 m A cm-2的电流密度下能够稳定充放电50圈。该柔性ZABs充放电过程中可以任意角度弯曲,其电压间隙几乎不变。3、以普鲁士蓝衍生物（PBAs）为前驱体制备了碳包覆Co4N纳米颗粒（Co4NC）分散在N掺杂空心碳壳中的复合材料（Co4NC@NC）。该材料形成了双层碳包覆结构,内层碳紧密的包覆在Co4N颗粒表面,外层碳形成空心笼状结构。双层碳结构与Co4N的复合不仅改善了催化剂的导电性,还使材料在催化过程中免于团聚,保持催化性能的稳定。同时,N掺杂碳层的存在还可以提供更多活性位点,使材料的ORR活性得以提升。测试发现,Co4NC@NC显示出优异的HER、OER和ORR的电催化活性。在电流密度为10 m A cm-2时,OER的过电位仅为166 m V。用Co4NC@NC组装的ZABs,在5 m A cm-2的电流密度下,在1050次循环中保持稳定。此外,我们还对Co4NC@CN在电解水中的应用进行了探索。上述结果表明,Co4NC@CN表现出优异的三功能催化活性,在ZABs和电解水应用中都表现出较好的催化性能。