电催化水分解产生氢气和氧气为丰富但分散的可再生能源提供了可行的转化和存储手段。尽管贵金属基催化剂表现出了较好的电解水性能，但是其资源匮乏和价格昂贵的缺点限制了它们的商业化应用。为此，发展高效、稳定、可替代的非贵金属催化剂具有十分重要的研究意义和紧迫性。本论文工作主要以过渡金属基催化材料为研究对象，探索改善催化电极性能的方法。　　首先，制备了一种基于商业泡沫镍的三维氧析出电极。该电极骨架具有特殊的三明治结构:泡沫镍/多孔碳/阳极氧化镍。区别于传统的将活性物质担载到平面导电基底上的电极制备方式，该电极主要有以下优点:(1)以商业泡沫镍为三维电极的主体，取材容易，成本低廉;(2)活性阳极氧化镍的原位制备方式简单，适于批量生产;(3)以MOF材料制备多孔碳膜中间层，提高了电极的机械强度，增强了电子在活性层与泡沫镍导电基底间的传导能力，促进了对氧析出起主要作用的γ-NiOOH的生成和稳定，抑制了泡沫镍基底的过度氧化。测试表明，该三维电极具有改善的电催化氧析出活性和稳定性。　　然后，将常用于氧还原催化剂的金属-氮-碳材料作为载体，研究其对负载的NiO纳米催化剂氧析出性能的影响。其中，FeNC/NiO表现了较好的活性，催化产生10mA cm-2的电流只需要390mV的过电势。而且，该催化剂有较好的稳定性，能够持续反应22h而没有活性衰减。结合实验和理论计算结果发现，FeNC有较好的电子转移和耦合能力，能够通过协同作用促使NiO的氧析出性能得到提升。　　最后，利用模板法和电沉积制备了一种三维一体化的碳纸/碳管/钴硫化合物阵列电极。在碱性电解液中，该电极同时对氢析出和氧析出反应表现出了良好的活性和稳定性。研究发现，其三维阵列结构有利于增加催化材料活性位点的暴露和可接触性，提高电极径向的电子传导能力，以及改善电极表面产生气体的脱附能力。这种一体化的双功能电极能够使电解水以一种更直接、便利的方式进行，可有效降低实际电解水设备的制造成本。