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近年来,经济的发展加速了能源的消耗。传统能源如石油、煤、天然气等的大量使用严重加剧了环境污染。这就导致开发可代替传统能源的绿色环保并且可再生的能源材料刻不容缓。研究进展发现,氢能源（H2）燃烧的能量密度高且是传统汽油密度的三倍,同时燃烧后产物是无污染的水。因此,这一能源引起了广泛的关注,人们着力于发展为可替代传统能源的清洁能源。然而,传统工业制氢的方法主要是由甲烷蒸汽的重整制备的。尽管氢能源无污染,但该方法制备过程中会产生副产物（CO2、CO等）,同样会严重污染环境。针对这一问题,电化学水分解制氢技术（2H2O=O2?+2H2?）被认为是最有前途的储能和转化方法之一。电化学水分解过程涉及两个半反应,一个是析氧反应（OER）,另一个是析氢反应（HER）。析氧反应作为阳极半反应,存在四质子和电子转移的耦合过程,因此产生高的过电位,其反应的作用十分有限。而析氢反应作为阴极半反应,是二电子转移过程的反应。在碱性介质中,析氢反应由于缺乏氢离子,前期需要水离解来提供质子,这可能会引入一个额外的能量势垒造成动力学迟滞。基于以上原因,发展一种高活性且稳定的析氧或析氢电催化剂以实现高效、经济的水电解,对改善生态环境、促进经济发展等方面具有极其重要的意义。目前,根据材料的属性,碱性水电解催化剂大致可分为两类:一是Ru、Ir或Pt/C等的贵金属掺杂的催化剂;二是基于Fe、Ni、Co等的过渡金属催化剂。贵金属材料成本昂贵、耐久性差,其应用受到一定的限制。相反,过渡金属基催化剂价格低廉,含量丰富,使得该材料成为研究热点。同时金属有机框架（MOFs）具有天然的多孔结构可以促进基板产物的扩散以及大大加快了电荷的传输,提高反应速率。因此该材料被考虑可以作为优异的水分解电催化剂。根据上述分析,我们运用简单可行的实验方法,分别设计了Fe3+调控MOF-Ni纳米花状的复合电催化剂,三维不规则菱形的FeDy@MOF-Ni/CC电催化剂,以及海胆状镍铁双羟基氧化物的双功能电催化剂。同时,结合多种测试表征手段,详细探究了该系列电催化剂在碱性水电解过程中产O2或H2时的催化性能、长期耐久性以及实际工业应用前景,并对催化机理进行相关分析。本文具体研究内容如下:1.FexNi1-x-MOF催化剂:我们开发了一种可控的水解策略,在碳布（CC）上制备一系列新颖的分级多孔铁镍基MOFs(FexNi1-x-MOF)电催化剂,同时对其析氧反应的电催化活性进行了研究。扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析表明,纳米花状MOF-Ni在水解前后出现形貌坍塌。X-射线粉末衍射（XRD）、拉曼光谱、比表面测试（BET）、X射线光电子能谱（XPS）等表明,随着水解的过程Fe3+吸附在MOF-Ni的表面,高价Fe物种诱导形成高价NiOOH来提高析氧反应活性。在1.0 M KOH中,最优Fe0.38Ni0.62-MOF催化剂在10 mA cm-2电流密度下表现出190 mV超低过电位。与相关催化剂相比,还具有较小的Tafel斜率(58.3 mV dec-1)以及良好的稳定性。在基于MOF材料电催化剂中,这种高表面积的3D花状结构能暴露出更多的活性位点,促进催化剂表面的气体释放。随着NiOOH的形成,MOF结构随之坍塌。当NiOOH的含量和MOF骨架结构完整性之间存在着一种平衡时,就获得最佳的OER性能。2.FeDy@MOF-Ni/CC催化剂:我们采用两步水热法构建了一个有独特结构的FeDy介导的MOF-Ni的电催化剂应用于析氧反应。该催化剂是由Dy2O3和FeSO4共同调控MOF-Ni,从而溶解再生长合成的（记作FeDy@MOF-Ni/CC）。对催化剂进行了XRD、SEM、TEM、XPS、BET等相关表征,确定了材料的化学组成、形貌特征、化合价态等理化参数。FeDy@MOF-Ni/CC表现出杰出的析氧反应活性,在电流密度为10 mA cm-2的情况下过电位为251 mV,可与商业RuO2的相媲美。当在双电极体系中,该催化剂也表现出良好的整体水分解活性,仅需1.57 V电池电压即可达到10 mA cm-2的电流密度。这种高效的析氧电催化性能可能是由于在Dy作用下Fe和Ni活性位点之间产生了很强的协同效应导致的。3.FeOOH-NiOOH/NF催化剂:我们巧妙设计简单浸泡法直接合成了高导电性和高活性双羟基氧化物,在大电流密度下该催化剂对析氧反应和析氢反应具有双功能活性。首先,以水热反应合成富含高价离子的镍铁溶液,然后以泡沫镍作为载体直接浸泡于溶液中,通过离子交换和吸附作用原位合成FeOOH-NiOOH/NF复合材料。通过SEM、TEM、XRD、XPS、ICP等一系列表征分析,确定催化剂的元素组成、表观形貌和金属价态等。电催化测试结果进一步说明该催化剂的电化学性能。对于析氧反应,实现500 mA cm-2的高电流密度仅需要280 mV超低的过电位。同样在析氢反应中也具有良好的活性,只需要98 mV过电位就可以达到10 mA cm-2电流密度。此外在两电极系统中,同时应用于碱性电解槽的FeOOH-NiOOH/NF电极可以在1.55和2.0 V的低电池电压下稳定驱动10 mA cm-2和500 mA cm-2电流密度,并且还表现出优异的长期耐久性,远远优于目前已报道的大多数电催化剂。