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全球范围内能源需求的不断增长与温室效应等环境问题的日益凸显推动了可再生能源技术的发展。利用太阳能等可持续能源分解水制氢是解决能源问题的有效途径之一。将水转化为氢和氧的关键在于高活性、低成本的水分解催化电极的开发。水氧化反应涉及到多个质子和电子的转移,是限制水分解反应效率进一步提升的关键环节。因此,对水氧化催化剂构效关系的深入理解是开发高效水氧化催化剂和水分解体系的关键。论文第一部分:使用复合电镀技术将SiO2纳米颗粒模板沉积到NiFeP合金薄层中制备NiFeP-SiO2/NF电极,复合薄层的形貌结构和组分使用X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段进行表征,结果证明在碱性电解液中使用电化学刻蚀方法处理后的NiFeP-SiO2共沉积薄层的电化学活性面积显著增加。电化学测试表明NiFeP-SiO2/NF（Etched）电极的电催化析氢反应和水氧化反应活性大大提高。使用上述电极分别作为水分解电解池中的阴极和阳极时,整个体系仅需要1.57 V的电压即可达到10 mA cm-2的催化电流密度,并在10小时的长时间电解测试中保持稳定。论文第二部分:在光系统Ⅱ启发下,含有大量强供电性羧酸基团的聚丙烯酸被引入镍铁材料中,制备了一种由有机羧基配体/高分子烷烃主链和无机镍铁氢氧化物组成高效水氧化催化剂NiFePAA。该催化剂在1.0 M KOH电解质中获得了19.8 mV dec-1的极小的塔菲尔斜率;在180 mV的低过电位下达到10 mA cm-2的催化电流密度。动力学测试和对比实验证实:NiFePAA中存在羧酸根配体的配位/解离平衡过程,其催化活性位点数量表现出pH依赖性;羧酸根的引入导致NiFePAA水氧化催化速率控制步骤转变为非同步质子-电子转移过程,催化剂的水氧化性能和塔菲尔斜率具有明显的pH依赖性。论文第三部分:由Co2+和葫芦脲[5]自组装而成的主客体配合物Co@CB[5]可负载在包括FTO导电玻璃和多孔BiVO4等金属氧化物表面用于电化学或者光电化学驱动的水氧化反应的催化。在1.0 M硼酸缓冲液中,Co@CB[5]/FTO电极在460和590 mV过电位下分别达到6.5 s-1和808 s-1的TOF值;Co@CB[5]/BiVO4光阳极在1.23 V vs.RHE偏压下的光电流密度可达4.8 mA cm-2。动力学测试表明,Co@CB[5]作为水氧化催化剂有效地加速了BiVO4光阳极表面电荷转移,并抑制了BiVO4表面的电荷复合过程。