化石资源短缺所造成的能源危机严重威胁着人类的生存和发展,因此探索无污染且可回收的能源技术对于实现可持续发展至关重要。氢是一种可再生的清洁能源,被认为是替代化石燃料和解决能源危机的理想候选者。截至目前,大部分氢气是从化石资源中通过碳氢化合物热解所产生的,而热解所产生的二氧化碳和一些其他碳质物质将会导致一些环境污染的问题。因此,绿色制氢的方法引起了人们的极大关注,其中电解水制氢被认为是一种有效且环保的制氢途径。水分解由两个半反应组成:在阳极的氧气析出反应（OER,2H₂O→O₂+4H⁺+4e^-）和在阴极的氢气析出反应（HER,2H⁺+2e^-→H₂）。这样一来水分解可以将电能转换成储存在氢气中的化学能。然而,电解产生的高过电位所消耗的电能将会导致水分解效率降低。因此,设计能够降低阳极和阴极过电位的合适电催化剂是大规模推广水分解的关键所在。在本文研究中,我们设计了铱基和钌基催化剂的结构优化,拥有较高的水分解活性。详细内容如下:1.将有机Ir配合物作为前驱体负载在石墨烯上进行热解,形成具有不同Ir载量且固定在氮掺杂石墨烯（Ir/NG）上的Ir纳米颗粒的结构。物理表征证明有机Ir配合物分解并还原为Ir纳米颗粒,同时经过氮掺入石墨烯中最终形成Ir/NG。电化学测试结果表明,在酸性和碱性溶液中,11.6wt%Ir的Ir/NG在HER和OER中均表现出最佳的催化活性。此外,具有11.6 wt%Ir的Ir/NG在长期电解过程中也表现出优异的稳定性。2.提出了构造一种新的Ru/RuO₂结构,这是一种将Ru³⁺与二氰二胺进行配位后作为前驱体再通过可控热解形成的结构。将热解温度从500℃调节到800℃,可以将复合材料从Ru/RuO₂复合结构演变为纯RuO₂。利用Ru/RuO₂异质结构的优势,Ru/RuO₂结构在酸性和碱性溶液中均表现出比纯RuO₂具有更优异的OER活性和稳定性。尤其是在酸性溶液中,当Ru/RuO₂催化剂电流密度达到10 mA cm^-2时仅表现出200 mV的超电势,甚至能保持稳定在24小时以上没有明显的衰减。与此相反,纯RuO₂的催化活性在酸性溶液中由于RuO₂在高阳极电位下溶解而引起严重衰减。本研究为解决酸性溶液中OER的瓶颈提供了一种新策略。