化石燃料大量消耗造成的环境污染和能源危机,促使全球努力探索环保、可持续替代能源作为新的能源载体。氢气因其具有高能量密度、环境友好等特点而被认为是一种有发展前景的清洁能源燃料。在众多的制氢技术中,电解水制氢被认为是短时间大规模生产高纯度氢气且对环境危害小的最佳方法。电解水的过程包括两个半反应,即制备氢气的析氢反应（HER,阴极）和产生氧气的析氧反应（OER,阳极）。然而在实际工作中,电解水系统需求的电位过大导致其能量转换效率较低,限制了它的广泛应用。为了提高电解水系统的能源转换效率,需要高效的催化剂来降低HER和OER过程的反应能垒。目前,用于HER和OER的最先进的催化剂分别是Pt和Ir/Ru基催化剂,但它们价格昂贵、资源稀缺以至于不适合大规模应用。因此,开发经济、高效、绿色的催化剂是十分必要和迫切的。本文以泡沫镍（NF）为基底材料,采用简单策略制备了三种三维自支撑过渡金属基催化剂,它们在HER或OER过程中表现出了良好的催化性能和稳定性。（1）三维自支撑稻草状磷掺杂Co2MnO4纳米针阵列的合成及其析氢性能研究采用连续水热、氧化和P掺杂法制备了负载于泡沫镍上面的三维稻草状磷掺杂Co2MnO4纳米针阵列（P-Co2MnO4/NF）。由于其独特的针状阵列结构和金属组分优势,P-Co2MnO4/NF在宽pH介质中表现出了良好的HER活性和稳定性。具体来说,P-Co2MnO4/NF驱动10 mA cm-2的电流密度仅需33 mV（1.0 M KOH）、43 mV（0.5 M H2SO4）和102 mV（1.0 M PBS）的过电位。（2）三维自支撑核桃仁状铁-钴-镍硫化物纳米片的合成及其析氧性能研究采用简单的室温硫化法,在泡沫镍基底上原位制备了三维核桃仁状铁-钴-镍硫化物纳米片（FeCoNiSx/NF）。这种独特的纳米片暴露了大量的催化活性位点,提供了较大的电化学活性表面积。FeCoNiSx/NF只需要231或268 mV的过电位就可以驱动10或50 mA cm-2的电流密度（1.0 M KOH）,同时伴随着较小的塔菲尔斜率(55 mV dec-1)。此外,以FeCoNiSx/NF和Pt/C/NF分别作为阳极和阴极构建的电解水装置仅需1.52 V电压即可实现10 mA cm-2的电流密度。（3）三维自支撑超薄铑铱纳米片的合成及其析氢性能研究在室温下通过简单的一锅法合成策略在泡沫镍上面制备了三维超薄铑铱纳米片（RhIr NSs/NF）。自支撑的RhIr NSs/NF催化剂在宽pH介质中表现出增强的HER活性。具体来说,RhIr NSs/NF仅需要15 mV（1.0 M KOH）和14 mV（0.5 M H2SO4）的过电位就可达到10 mA cm-2的电流密度,并具有良好的长期耐久性,优于许多报道过的无铂HER催化剂。