近年来化石能源枯竭和环境污染等问题越来越严重,开发可持续清洁能源刻不容缓。氢气具有高燃值,清洁无污染,来源丰富等优点,做为最具潜力的可持续清洁能源一直备受关注。电化学分解水是一种制备高纯氢气简单可行的方法,但是在阴极上的析氢反应受到动力学限制,因此需要研发高效催化剂电极以加速析氢反应。以贵金属铂（Pt）为代表的催化剂被认为是最高效的析氢催化剂,但由于储量少,价格贵等缺点限制了其在电解水领域的广泛应用,因而研发具有高效析氢性能的非贵金属析氢催化剂十分迫切。过渡金属钴以其储量高,价格低廉且活性高等优点有望成为贵金属催化剂的替代品。本论文主要以非贵金属催化剂为研究对象,开展了钴基复合结构电极的构建及析氢性能研究。本论文主要工作如下:（1）本章以阳极氧化非晶TiO₂纳米管为模板,通过水热反应,氨气热处理和磷化处理,制备得到Co_xP纳米颗粒镶嵌在N掺杂TiO₂纳米管复合结构,这种独特的纳米结构既保持了高强度的结构稳定性,又利用N掺杂TiO₂纳米管壁为析氢反应提供了快速电子传输通道,降低了电子转移阻抗,而管道则作为电解液离子和氢气扩散通道。通过研究不同磷化温度,发现300℃低温磷化得到的Co_xP/N-TiO₂NTAs具有最佳催化性能,在电流密度为10 mA/cm²时过电压为180 mV,动力学Tafel斜率为51 mV/dec,并且具有长循环稳定性。（2）本章通过简单的水热反应,在泡沫镍上生长出ZnCo₂O₄纳米片,然后用氢气还原ZnCo₂O₄纳米片使其原位相分离得到Co/ZnO纳米片。该复合电极具有较低的电子传输接触电阻和丰富析氢反应活性位点,而且三维连通孔洞结构和垂直取向纳米片特殊结构有利于气泡的脱出和电解液的传送。催化结果表明该复合结构在1 M KOH电解液中,在电流密度为10 mA/cm²时,过电压为-137 mV,且在10mA/cm²的电流密度下持续析氢7小时未见衰退的优异催化活性。（3）本章通过水热反应和空气退火处理得到均匀负载ZnCo₂O₄纳米片的泡沫镍前驱物,进一步通过氨气处理得到多孔片状Co_xN/ZnO纳米片复合物。该复合材料以Co_xN为导电骨架构成多孔纳米片内核,ZnO外壳包覆在Co_xN表层,这种独特结构不仅增加了催化剂的反应面积还能加快电子传输和气泡脱出,而且通过Co_xN/ZnO协同作用提高催化活性,在碱性条件下,只需过电压-63 mV就能达到电流密度10 mA/cm²,经历10 h长时间不间断析氢后,过电压只增加18 mV。