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化石能源需求的持续增长引发了能源紧缺和环境污染等问题,迫切需要人们开发绿色清洁的可再生能源。由于高的能量密度和清洁性,氢气被认为是具有潜力取代化石燃料的能源。与其它制氢方式相比,电催化分解水技术以清洁、丰富的水为原料,使用太阳能、风能等产生的低压电为驱动力,是一种利用可再生能源的环境友好制氢技术。电解水反应是能量上升的过程,需要高效电催化剂降低反应的活化能。在各种非贵金属催化材料中,过渡金属磷化物由于低成本和类氢化酶的特性而备受关注。其催化性能不仅与材料本征性能有关,还与形貌、维度、电子结构等密切相关,提高催化性能通常从三方面考虑:（1）加速电子从集流体到催化剂的传输速率;（2）调控表面性质形成有利于反应物/产物吸附/脱附的活性位;（3）制造孔结构促进电解质的传输和扩散。基于以上分析,本文致力于设计合成以泡沫镍为生长基底,具有三维分级结构的过渡金属磷化物用于水分解,并经过组分调控、表面活化、造孔以及杂原子引入等手段实现催化剂性能的改善。论文具体的研究内容如下:1.通过水热路线在泡沫镍上生长了具有片-线分级结构（HWS）的磷化钴镍,并通过表面活化进一步提高析氢性能。首先在泡沫镍上生长钴镍氢氧化物分级结构前驱体,研究前驱体结构及形成过程,并实现形貌调控。随后,使用Na H2PO2作为磷源进行磷化处理,加热释放产生的PH3可与Ni Co前驱体反应形成具有片-线Ni Co P分级结构。分级结构的Ni Co P自支撑催化剂暴露出更多活性位,增大与电解质的接触面积,比单纯具有片状结构和线状结构的Ni Co P拥有更优异的催化性能。催化剂在碱性电解质中析氢反应（HER）过程产生10 m A cm-2电流密度的过电位为-59 m V。催化剂经过碱液活化后,表面形成更多羟基,有利于调节水的吸附,促进电催化性能的提高。电流密度为10 m A cm-2时的过电位降低到-46 m V。2.设计多孔结构有利于催化反应中反应物的传输和扩散,促进水分解反应的发生。基于上面的研究,我们在前驱体中引入含锌化合物,经磷化后获得含有锌元素的Ni Co P;用稀酸溶液处理,将大部分Zn组分刻蚀后产生多孔结构,残留的锌掺杂到Ni Co P中,获得Zn掺杂的Ni Co P。P-Zn-Ni Co P/NF多孔结构有利于电荷传输,同时可以暴露出更多的活性位;Zn的掺杂可以调节Ni Co P的电子结构。测试结果显示Zn掺杂的多孔Ni Co P阵列在碱性电解质中拥有好的析氧反应（OER）活性,同时具有较好的HER活性产生100 m A cm-2电流密度时,HER和OER的过电位分别为-181 m V和397 m V。该催化剂作为阴极和阳极组成的两电极分解水装置产生电流密度为50 m A cm-2时过电位为1.71V。3.高效的全解水需要具有良好的HER和OER活性的催化剂进行匹配。我们在合成氢氧化物前驱体时引入钼源和铁源,分别获得Mo掺杂Ni Co前驱体和Fe掺杂Ni Co前驱体;磷化处理后,分别形成Mo-Ni Co P和Fe-Ni Co P。Mo和Fe原子的掺杂改变了Ni Co的电荷密度,进而调控其催化性能。结果指出,在碱性电解质中Mo-Ni Co P具有良好的HER性能,在电流密度10 m A cm-2时过电位为-44 m V;而Fe-Ni Co P具有优异的OER性能,在电流密度100 m A cm-2时过电位为392 m V。表明通过杂原子种类和含量的调控,可以实现调节催化剂性能,获得高活性的HER和OER催化材料。