化石燃料的大规模应用导致温室气体CO₂过量排放以及能源枯竭。电催化分解水以及还原CO₂两个反应是实现能源可持续利用的关键环节,其转化效率依赖于电催化剂的结构和性质。开发高效、经济、稳定的非贵金属催化剂是电催化的关键。其中,钴金属、氧化物等是潜在的高效电催化剂。本文针对Co_xNi_1-x合金、Co₃Mo合金,CoMoO₄复合氧化物的结构特点以及存在的问题,通过调控金属组分,控制材料颗粒尺寸等方式,优化催化反应动力学,提高催化反应效率。主要工作内容如下:论文主要工作和结果如下:一、构建Co_xNi_1-x合金/碳纳米纤维,调控催化剂电子结构及表面吸附能,优化电催化CO₂还原活性。以Co-Ni/PAN纳米纤维为前驱体,在惰性氛围高温热解制备合成Co_xNi_1-x/N-C NFs。该纳米纤维由Co_xNi_1-x纳米颗粒组成,且具有多孔的碳骨架。通过DFT计算表明,随着合金组分中Co的增加,Co_xNi_1-x的d带中心向费米能级移动,因此通过改变Co、Ni比例,调控Co_xNi_1-x的d带中心位置,促进COOH的吸附和抑制H脱附,表现出高效的电催化CO₂还原效率。其中,性能最优的催化剂Co_0.75Ni_0.25/N-C NFs在0.5 M NaHCO₃中电催化CO₂还原至CO的法拉第效率在-0.9V vs.RHE时达到85%,电流密度达到13.4 mA cm^-2。二、通过H₂/Ar氛围的高温还原泡沫钴上原位生长的CoMoO₄纳米片前驱体,得到多孔的Co₃Mo/CF复合结构。通过DFT计算表明,该催化剂的Mo位点的d带中心（-2.406 eV）跟贵金属Pt非常接近,优化了H的吸附吉布斯自由能,在酸性条件下,析氢反应的η₁₀为78 mV,塔菲尔斜率为33 mV dec^-1,表现出优异的电催化析氢活性。三、CoMoO₄的制备以及其在电催化析氧反应中的应用。利用石墨烯的限域作用合成CoMoO₄/rGO的复合材料,提高OER活性。其中,当CoMoO₄含量为2%时OER活性最优,达到电流密度10 mA cm^-2所需要的过电位为297 mV。四、通过DFT计算初步探讨了钴镍硒化物-双层水滑石异质界面对水吸附和水裂解的促进作用。该部分工作发现CoNiSe₂/LDHs复合结构优化了水吸附和水裂解过程,其吸附能自由能和裂解能均低于单独的CoNiSe₂和LDHs结构。亟需进一步实验验证计算结果。本论文工作研究了Co基电催化剂的结构设计,合成了一系列具有较高催化反应活性的电催化剂,并细致研究了构效关系,深化认识催化剂表面作用原理,为开发高效,经济,稳定的催化CO₂还原,电催化制氢,制氧提供了新思路。