随着人口的增长和经济的发展,全球能源需求日益增长。原油、天然气和煤炭等化石燃料是当前能源的主要来源,并在相当长一段时间人们依旧会通过它们获取能源。但是,这些基于化石燃料的能源在使用过程中会产生大量有毒有害的污染性气体,其中的CO₂更是导致温室效应的“罪魁祸首”。同时,化石燃料作为一种不可再生能源,总有一天会面临枯竭以致于不能满足人类需求。因此,人们迫切需要探索和开发能替代的可再生能源,其中太阳能,风能,水能和潮汐能被人们认为是有希望的替代品。但是,间歇性和地理位置限制要求人们必须以化学形式有效地捕获、转化和存储这些绿色能源。氢（H₂）因为其单位质量的能量密度高且在使用过程中具有清洁特性,一直以来被认为是绿色能源的载体。此外,H₂也是石油工业中许多化学转化和氨合成的重要化学原料。但是,当前市场上的大多数H2是由化石燃料通过化学反应产生的,这需要大量的能源输入,同时反应过程中不可避免地导致有毒有害的污染性气体的排放,从而污染了环境,不能达到可持续和环保的目的。在这种情况下,水电解被认为是生产H2的一种有效途径,水电解产生H2过程中自身的清洁特性使其可以广泛应用。更重要的是,水电解的电输入可以直接来自可再生能源（太阳能,风能,水能等）。在标准条件下,水电解生成H₂和O₂的热力学势为1.23 V。然而,由于两个半反应的动力学都较慢,通常需要大的超电势（施加电势与热力学电势之间的差）以实现工业上相关的电流密度,因此导致较低的能量转换效率。对此,人们已经进行了巨大的努力来探索和开发各种电催化系统,以减少过电需求并同时提高整体能量转换效率,重点是开发合格的电催化剂。最先进的H₂和O₂放出反应（HER和OER）电催化剂分别是Pt和IrO₂/RuO₂,然而含量低、价格贵的缺点限制了它们的大规模应用。过渡金属基电催化剂具有高的电催化活性,丰富的地球含量和低成本,因此可用于电化学水分解。这些电催化剂表现出高HER或高OER活性,其中一些甚至超过了基准贵金属基催化剂的性能。在本论文中,我们以过渡金属为主线,炭材料为基底研制了过渡金属基电催化剂并对其进行了电化学性能的测试和表征。炭材料作为基底可以提供支撑平台,增大材料的比表面积,暴露更多活性位点。同时,我们通过掺杂,改变材料的原子结构和性质,从而改善材料的电催化性能。具体内容如下:（1）Ru作为贵金属,具有很好的HER催化性能,但价格较高。而Cu作为非贵金属材料,价格低廉,却导电性差。我们通过Ru掺杂Cu形成了RuCu合金,并负载在炭黑基底（CB）上（RuCu/CB）。实验测试表明了所得的RuCu/CB电催化剂优异的HER性能:在中性和碱性电解质溶液中具有有效的HER催化性能,仅需91 mV和85 mV的超电势即可提供10 mV·cm^-2的释放电流。相对应的小Tafel斜率分别为46 mV·dec^-1和43 mV·dec^-1,具有与Pt/C相当的令人印象深刻的内在活性和Tafel斜率。且该RuCu/CB在3000次循环LSV测试后,HER性能几乎保持不变,具有长期的稳定性和耐用性。（2）Ni₃S₂具有较强的氢（H*）吸附能力,却具有较差的H*解吸和产H₂能力。故为了提高Ni₃S₂的本征电催化活性,我们选择了Al进行掺杂,同时将碳纤维材料（CFC）作为基底形成了Al-Ni₃S₂/CFC。Al的掺杂及CFC起到了积极的作用,改善了Al-Ni₃S₂/CFC的电催化性能。实验结果显示,Al-Ni₃S₂/CFC在电流密度为10 mA·cm^-2时的过电位仅为1.416 V,相应的小Tafel斜率为140mV·dec^-1。通过CV,计算出其具有大的电化学活性面积为1020 cm²,同时通过能斯特曲线图得出Al-Ni₃S₂/CFC具有小的电阻为12Ω。以上结果表明了Al-Ni₃S₂/CFC具有良好的电催化析氧性能,是优秀的电催化材料。