随着传统化石燃料的减少和碳排放的积累,清洁可再生的氢气被认为是未来的下一代主要能源载体。经济和大规模生产氢气是实现所谓的氢经济的先决条件。为制备廉价高效的电催化剂,现阶段大多围绕在可降低能量消耗和提高电解效率的过渡金属化合物催化剂。目前,以下几条途径可以有效大幅降低电解水所需能垒:通过材料层面调节本征电催化性能;用所需能量较低的半反应替换原有反应以降低体系所需能量。因此,寻找和开发有效的降低能量消耗和提高电解效率的途径及催化剂则尤为重要。本文主要以钴基催化剂为核心,探究过渡金属化合物催化剂在电催化电解水体系中的应用;并通过材料和反应两方面入手,探究得到降低电解水所需电势的普适性方法。1、电沉积法,尤其是金属含氧酸阴离子的阴极还原,是一种广泛使用的构建自支撑催化剂的策略。电沉积法具有高效活性位点利用率和简单的制造工艺的优点。我们开发了一步电沉积法来合成CoV（氢）氧化物作为高活性,低成本的的自支撑OER催化剂。凭借3D互连纳米片结构和钴原子与钒原子之间的强电子协同效应,其OER反应过程中仅需345 mV过电位即可达到100 mA cm^-2的电流密度。2、具有足够的空位d轨道和多个价态的典型3d过渡金属钒是优异的掺杂剂。而通过电沉积法一步掺杂钒原子是一种有效地提高过渡金属（氢）氧化物的电催化性能的普遍适用的策略。掺杂3d过渡金属钒原子能有效调节主体材料的d带中心,提供更多活性位点或改变电子结构,从本质上提升材料的电催化性能。依据此策略可制备出一系列钒掺杂的过渡金属基催化剂,并探究掺杂对这一系列材料电催化性能的影响。3、使用一步水热法合成CoCH/Cu Foam。这种碱式碳酸钴催化剂将水全解所需电势降低到1.271 V@10 mA cm^-2,具有100%的HMF转化率,100%的FDCA选择性以及通过计时电流法在1.423 V下得到的99%的法拉第效率。该催化剂刷新HMF电氧化半反应和新型全水解中的最优性能。除了最高的电化学性能和超优的最终产物选择性外,我们还研究了反应物浓度,碱性电解质浓度,搅拌与否和隔膜类型的影响。与此同时,根据所有实验数据,我们首次阐述了以下问题:ⅰ)OER与HMF电氧化的关系;ⅱ)HMF电氧化中性能提升的途径及策略。