目前,全球日益增长的能源需求导致了对传统化石燃料的过度开采和使用,造成了严重的能源危机和气候变化等问题。为了遵循可持续发展的方针,人们需要研究开发更多的新型可再生能源以应对巨大的能源需求。清洁的新型可再生能源的开发可以满足全球日益增长的能源需要并维持人类的可持续发展。氢气由于具有高能量密度和反应产物环境友好等特点,成为潜在的新一代可商用清洁能源。电催化水分解制氢是清洁、环保和高效的大规模产氢技术。利用燃料电池即可实现氢能与电能的高效能量转换。析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction,HER）和氢氧化反应（Hydrogen Oxidation Reaction,HOR）分别是电化学水分解制氢过程和燃料电池的重要半反应,极大地决定了能量转换的效率。对于上述反应,Pt、Ru、Pd等贵金属催化剂具有最佳催化活性,但受制于其昂贵的价格、稀缺的资源丰度和较差的稳定性等问题,难以大规模应用。因此亟需开发性能优异、成本低廉和稳定性好的非贵金属催化剂以替代贵金属的应用。过渡金属碳化物在众多电催化领域具有广泛应用。由于具有与铂类似的电子结构,过渡金属碳化物作为电化学能源转换装置非贵金属催化剂的研究是具有重要潜力的。镍作为催化剂材料中常见的元素组分,许多研究报道证实了镍无论是以掺杂改性的方式或是以形成化合物的方式,均对于提高催化剂活性起到了重要的促进作用。基于此,本研究报道了泡沫金属（泡沫镍）负载Ni掺杂碳化钨纳米立方体,并作为全p H环境下HER非贵金属催化剂进行研究。同时,多种构型的Ni_xW_yC型双元金属碳化物负载于泡沫镍也被设计合成,并作为碱性条件下HOR非贵金属催化剂进行研究。因此,本论文的主要研究内容分为两个部分:1、利用泡沫镍为基底材料,通过水热-退火合成方法原位生长镍掺杂改性的碳化钨纳米立方体(W_1-xNi_xC NCs/NF)。泡沫镍作为基底,除了起到支撑作用,还作为镍源对碳化钨进行掺杂改性,以提高催化剂活性。W_1-xNi_xC NCs/NF催化剂在全p H范围内均表现出低于50 m V的析氢过电势,并且在全p H范围内均在50 m A/cm²电流密度下保持超过50 h。作为适用于全p H值条件下的HER催化剂,其起峰电位达到与商用Pt/C催化剂接近的水平,并且在全p H环境下表现出良好的稳定性。2、利用水热合成法,通过调控镍源的含量,在泡沫镍基底上合成两种不同构型的Ni_xW_yC型双元金属碳化物。作为对照,双元碳化物负载还原氧化石墨烯（r GO）也被设计合成。本研究阐明了催化剂材料结构与HOR催化性能之间的构效关系。在碱性条件下氢氧化性能测试中,Ni₆W₆C NPs/NF和Ni₂W₄C NPs/NF催化剂分别表现出在100m V电位达到2.3 m A/cm²电流密度和在100 m V电位达1.3 m A/cm²电流密度,同时Ni₆W₆C NPs/NF催化剂经过20000秒稳定性测试几乎没有衰减,表现出优异的稳定性。作为碱性条件下HOR催化剂,Ni_xW_yC/NF表现出与贵金属催化剂接近的过电位,并且在极限电流密度等方面具有优势。