发展新型、高效的能源载体形式,是实现人类社会可持续发展的重要前提。在众多新兴能源体系中,氢能源是人们关注的焦点之一。氢能的制备方式多种多样,其中采用水电解的方式制备的氢气具有纯度高、环境污染小等优势,受到越来越多的关注。但是目前在实际应用过程中,电解水所用的催化剂仍然是Pt,Ir等贵金属催化剂,这导致其成本高昂,难以大规模推广应用。因此大力发展高效的低贵金属负载量或非贵金属催化剂来降低大规模制氢的成本,是实现电解水制氢大规模应用的一个重要环节。本论文以地球储量丰富的过渡金属基氮/磷化合物为研究对象,探究了过渡金属基电催化剂可控制备的基本方法,同时采用掺杂调控电子结构、构筑同质相结、负载少量贵金属等策略来提升其电催化析氢性能,并研究了其催化性能提升的机制,具体内容如下:本文的第一项研究成果主要探索了富磷的方钴矿型Co P3纳米针电催化性能的优化方法,通过元素掺杂调控母体材料的电子结构,优化了析氢反应时的氢吸附吉布斯自由能大小,提升了过渡金属富磷化合物析氢（Hydrogen Evolution Reaction,HER）和析氧（Oxygen Evolution Reaction,OER）催化性能。我们通过水热加真空磷化两步法,在导电基底上制备出自支撑型的方钴矿类型Co P3针状阵列结构,并通过Ni元素掺杂,进一步优化了其电子结构。当Ni掺杂比例为7%时(Co0.93Ni0.07P3),催化剂在碱性溶液中（本文为1 M KOH溶液）的电流密度达到10 m A cm-2(10)过电位显著降低为87 m V,Tafel斜率为60.7m V dec-1。该自支撑电极也表现出良好的析氧能力,过电位η20=211 m V,Tafel斜率为83.7 m V dec-1。同时其析氧稳定性测试后的结构表征结果显示,样品在OER过程中会被氧化为对应的Co基氧化物,并充当最终的OER活性物质。除了元素掺杂外,构筑异质结也是优化材料催化活性的常用策略。但是实际应用中,常规的异质结界面两侧由于物质种类不同,界面形成后很难排除两种材料互相掺杂对于催化性能的影响。在本论文的第二部分研究中,我们以镍基磷化物中可以稳定存在的磷含量最高的Ni P2为研究对象,发展出一种同质相结型催化剂来排除掺杂的影响,单纯研究异质界面对催化反应的促进机理。采用温度调控的方法,使c-Ni P2发生部分相变得到m-Ni P2从而得到c/m-Ni P2相结型催化剂。与常见的c-Ni P2电催化剂相比,相结的存在可以有效提升碱性HER过程中Volmer反应的速率,促进电子的定向迁移和聚集,从而有助于溶液中质子的还原过程。同时密度泛函理论（DFT）计算结果也表明ΔGH*得到显著优化有利于HER反应的发生。实验结果表明,当m-Ni P2比例约为6.9%时,相结型c/m-Ni P2催化剂在碱性溶液中（本文为1 M KOH溶液）的析氢性能达到最佳值,析氢过电位η10=134 m V,Tafel斜率为67.0 m V dec-1,过电位相比于纯相的c-Ni P2和m-Ni P2分别下降约26%和96%。在本论文的第三项研究中,选取Ni基过渡金属氮化物Ni3N为衬底材料,用浸渍法在其上负载了少量的Ru,其中Ru元素以部分单原子、部分团簇的形式存在,不仅增加了反应的活性位点数目,也有助于提升碱性溶液中的水分子解离能力。进一步对衬底材料Ni3N进行了F离子掺杂改性,得到了F掺杂的Ni3N纳米片,增强了Ru与衬底之间金属-衬底强相互作用（SMSI）,从而使其在碱性溶液中的HER和OER性能得到进一步提升。样品在碱性溶液中的HER性能测试结果显示,电流密度达到10 m A cm-2过电位仅为36 m V,接近于商业铂碳催化剂的性能,并且达到100 m A cm-2的过电位仅为115 m V,要优于商业铂碳,显示出较强的应用潜力。本文研究结果也揭示了通过引入电负性较高的非金属元素来进行阴离子掺杂调控,对于提升金属-衬底间的SMSI效应起到的关键作用,为之后进一步探索低贵金属负载量、高催化活性的材料体系提供了参考。