工业革命以来,传统化石燃料过度使用导致了严重的能源危机和环境污染问题。为缓解这些问题,开发绿色清洁的新型能量存储与转换装置对全人类的可持续发展具有十分重要的意义。氢气具有能量密度高、清洁无污染等优点,被认为是一种极具潜力、绿色环保的二次能源。在众多制氢技术中,电催化全解水(OWS)制氢技术因制得氢气纯度高而备受关注。此外,锌空气电池(ZABs)具有理论能量密度高、成本较低、安全性较好等优点,被普遍认为是一种具有实用价值的新型储能装置。不过,在这两项技术实际应用时,存在着电极反应速率迟缓、使用寿命短等问题。为了使ZABs和OWS制氢能商业化应用,关键在于制备出性能好、稳定性高、成本相对低廉的催化剂用于析氢(HER)、析氧(OER)和氧还原(ORR)等电极半反应过程。在本论文中,通过水热、原位还原等绿色、简单、高效的合成方法,制备了一系列多元合金纳米材料,利用多种表征手段分析了催化剂的微观形貌、荷电属性与电化学性能之间的联系。主要内容如下:(1)以Pt、V和Co盐作为金属来源,通过水热法一步合成了 PtVCo三元合金纳米材料,将其用于析氢、析氧、氧还原等电化学性能测试。以不改变Pt初始加入量为前提,制备了对比样PtV和PtCo。通过透射电镜(TEM)分析,PtVCo为树突状形貌,单个树突状颗粒尺寸约为75.8±25.0 nm,而PtV和PtCo则有轻微或明显团聚现象。与对比样相比,PtVCo具有最佳的析氢(过电势0.045 V,1 M KOH)、析氧(过电势0.36 V,1 M KOH)和氧还原(起始电位0.89 V,0.1 M KOH)活性。同时,PtVCo的析氢和氧还原性能均不输商业Pt/C,析氧性能接近IrO2,其稳定性也远远超过Pt/C和IrO2。(2)由于PtVCo三元合金同时具有较好的析氢、析氧和氧还原活性,对它进行了全解水性能测试,还搭建了自组装的锌空气电池测试装置。针对实际全解水和锌空气电池性能测试,可以得知:(ⅰ)在这一系列样品中,PtVCo全解水的电压带隙为1.64 V,不仅远远低于PtV和PtCo,亦低于商业Pt/C和IrO2;(ⅱ)在锌空气电池性能测试中,PtVCo的充放电电压带隙较窄,仅有0.88 V,其开路电压为1.42 V,且最大功率密度能达到235 mW cm-2,性能远远优于商业Pt/C。(3)以金属有机骨架UiO-66-NH2为母体,通过原位还原的方法,将RhxRu100-x(x代表RhRu中Rh的初始原子百分比)纳米粒子限域到UiO-66-NH2的孔道中,用于全pH 条件下析氢测试。在 RhxRu100-x@UiO-66-NH2 系列中,Rh50Ru50@UiO-66-NH2 具有最优的析氢活性,其在0.5 M H2SO4,1 M PBS和1 M KOH中析氢反应的过电势分别为77 mV,111 mV和176 mV,低于此系列中的其它样品和商业Ru/C催化剂。此外,Rh50Ru50@UiO-66-NH2在全pH范围内均表现出较好的稳定性和耐电解液腐蚀性。