氢气作为一种清洁的可再生能源并且燃烧值高,有望取代人们经常使用的化石燃料。电解水能将可再生电能转化为化学能并将其储存在氢气中。高活性且廉价的电催化剂的开发是工业电解水生产氢气面临的主要问题。过渡金属材料价格低廉、储量丰富、并拥有接近于贵金属Pt的氢吸附吉布斯自由能,代表了一类在电解水领域很有应用前景的材料。然而,单纯的过渡金属材料仍然存在催化活性表面积不够大、活性位点少和导电性差的问题,导电基底的引入能够有效地解决这些问题。基于此,本文主要选用工业上廉价的316L不锈钢作为基底,研究工业不锈钢网目数对其性能的影响,并进一步通过与过渡金属磷化物进行复合构筑高效电催化剂。对样品的纳米结构、组分及形貌进行调控,并对设计的电催化剂进行析氢活性和稳定性测试。重点研究了不锈钢的引入对过渡金属磷化物电催化析氢性能的提高。所开发的低成本、高活性和良好稳定的电催化剂,为实现电解水制氢的工业化发展提供了一定的实验基础。详细研究内容如下:1.工业不锈钢网电催化HER性能研究。首先对不同目数316L不锈钢网在酸性条件下进行析氢性能研究。实验结果表明工业上廉价的316L不锈钢网具有良好的电催化析氢性能。同时随着316L不锈钢目数的增加,其电催化析氢性能也随之增加,当不锈钢的目数从100目增加到1600目,析氢活性达到最优,在10 mA cm^-2的电流密度下过电位为209.8 mV,且拥有较小的塔菲斜率(115.6 mV dec^-1)。但是从1600目增加到2800目时,析氢性能又出现了下降的趋势。原因在于当不锈钢目数过低时,其电催化比表面积不够大。然而当不锈钢目数过高时,不锈钢网紧密的交织在一起可能不利于氢气释放,从而影响了电催化性能的提升。2.在不锈钢网表面生长CoP纳米线阵列用于全分解水性能研究。选择电化学性能较好的316L SS-1600作为导电基底,将多孔CoP纳米线阵列均匀地生长在不锈钢上。与碳布基底对比,当316L SS-1600引入到磷化钴中,不仅大大增强了CoP/SS复合材料的导电性,而且不锈钢网中含有的过渡金属元素与CoP的协同效应大大提高了催化剂的电催化活性和稳定性。CoP/SS在酸性条件下表现出比单纯CoP、不锈钢和CoP/碳布催化剂更优异的电催化析氢性能,在10 mA cm^-2的电流密度下得到62 mV的过电位,同时拥有45.6 mV dec^-1的塔菲尔斜率,接近于商业Pt/C的活性（η10=49 mV）。同时在1 M KOH中也展现了杰出的碱性HER和OER催化活性,在10 mA cm^-2的电流密度下,HER过电位为79 mV,OER过电位为248 mV。基于CoP/SS复合电催化剂在碱性条件下拥有较高的HER活性和OER活性,将它分别作为电解水的阴极和阳极材料,仅仅需要1.57 V的过电势就能达到10 mA cm^-2的电流密度。CoP/SS复合体系优异的电催化性能归因于CoP和SS基底之间紧密的界面协同效应,理论计算表明不锈钢网基底与CoP之间有更优越的电荷转移作用。3.不锈钢网表面阳极氧化对复合电极界面结构的优化及析氢性能研究。发展了一种新颖的纯水阳极氧化方法用于改性不锈钢网,探究了不同的电压和时间对316L SS-1600表面纳米结构的影响,进一步将Ni₂P超薄纳米花成功地生长在电极氧化的316L SS-1600基底上,构筑三维Ni₂P/SS复合电催剂,并对其进行电化学性能研究。经系统优化,Ni₂P/SS-45-24（45 V氧化24 h）样品具有优越的碱性HER性能和稳定性,在10 mA cm^-2的电流密度下仅需要96 mV的过电位,也拥有较小的塔菲斜率(66.8 mV dec^-1)。不锈钢表面超薄氧化层对Ni₂P/SS间电极界面结构的调控和电荷转移的促进作用,显著地提高了电催化析氢性能。