电化学能量转化是一种高效清洁的能源转换途径。在电解水设备中,正负极发生的反应可以实现电能到化学能的高效转化,得到清洁能源氢气;而在燃料电池和金属-空气电池装置中,发生的电化学反应则可以有效地实现化学能到电能之间转化。这些能源转换设备涉及的氢气析出反应,氧气析出反应以及氧气还原反应需要高效的催化剂加快反应速率,以提高能量转换效率。传统有效的贵金属催化剂如Pt或RuO₂因价格昂贵和储量有限等问题,不能广泛投入应用。因此,开发制备高效稳定廉价的电催化剂显得意义重大。电催化剂需要满足如下几个要素:高比表面积的多孔结构;高电导率的导电性;异质结多元复合结构;杂原子掺杂协同效应等。基于上述考虑,制备了几种电催化剂,并研究了其电催化活性,具体工作如下:首先,以MoO₃纳米棒为模板和钼源,在其表面负载ZIF-67,得MoO₃@ZIF-67前驱体,制得一种CoMoO₄纳米管结构的材料。这种空心管结构具有较大的比表面积,钴和钼之间的协同作用促进了OER催化活性,其仅需315 mV过电位即可达到10 mA cm^-2的电流密度,表现出较好的OER催化活性。其次,在MoO₃纳米棒表面负载ZIF-67,得MoO₃@ZIF-67前驱体,对其进行煅烧渗碳后,再经水热法硫化制备出MoO₂@MoS₂@Co₉S₈三元复合的异质结材料。在1 M KOH溶液中,该材料对HER和OER反应均表现出较好的催化活性,MoS₂和Co₉S₈之间的协同效应可以促进催化活性。该材料具备双功能催化活性,有望应用于电解水。最后,以ZIF-8为前驱体,使用硫代乙酰胺将其硫化,将硫化后材料在氮气中煅烧渗碳,得到了ZnS修饰的N,S共掺杂的多孔多面体碳材料。多孔碳基体可以有效促进电荷和物质传输,少量的ZnS可以修饰材料电子结构,N、S共掺杂有效促进了ORR催化活性。3分钟硫化反应的样品ZnS@NC-3表现出较好的ORR催化活性。将其负载在空气阴极组装锌空气电池,电池具有1.524 V的开路电压和176 mW cm^-2的功率密度,表现出较好的电池性能。