传统化石燃料的燃烧和使用过程中,会产生极为严重甚至不可逆转的世界环境问题,这些环境问题已经严重阻碍了经济社会的发展,甚至会威胁到全球人类的生存。氢能因其储量丰富、燃烧值高、燃烧产物纯净的特点,被认为是目前最具有潜力的可再生清洁能源之一。而电化学和光催化水分解是公认的有前景的生产高纯度氢和氧的方法,未来有可能实现工业催化应用。一般来说,一个完整的整体水分解反应可分为两个半反应,包括析氢反应(HER)和析氧反应(OER),而在电解过程中缓慢的反应动力学以及高的反应势垒需要高活性的电催化剂以降低反应过程中的过电位。基于贵金属(如Pt,Ru和Ir)的电催化剂表现出极高的催化效率,但由于其高经济成本和低地球储存,其大规模应用受到了极大的限制。因此开发非贵金属和可大规模生产的双功能催化剂用于整体水分解是一项紧迫而具有挑战性的任务。本论文基于金属钴以及钒的催化剂的制备及其电解水催化活性进行了探究,主要研究内容如下:1.碳布上负载的非均相磷化钴纳米颗粒作为高效的析氢反应催化剂电催化剂的固有活性改性对于实现对析氢反应的优异催化性能是至关重要的。在该工作中探究了基于非均相磷化钴纳米颗粒的一种高活性电催化剂。通过X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等表征手段对催化剂的形貌、结构以及组成部分等进行表征。并在酸性电解质溶液中测量了非均相磷化钴纳米颗粒的析氢性能。实验结果表示,在碳布上负载的非均相磷化钴纳米颗粒电催化剂展现出极其优异的电催化析氢活性,其在10 mA cm-2的电流密度下仅获得90 mV的小过电位,并且呈现出低的Tafel斜率(67.9 mV dec-1),大的交流电流密度(0.58 mA cm-2)以及良好的耐久性。这项工作为研究改善催化剂活性的相关策略提供了有利的指导。2.一步溶剂热法合成无定型CoVO纳米颗粒应用于水的氧化本工作通过一步溶剂热法成功合成无定型的钒酸钴纳米颗粒(a-CoVO),并在碱性电解质溶液中实现高效的氧气析出反应。溶剂热法采用水和乙二醇两种溶剂作为对比,分别合成了高度结晶的块状钒酸钴(c-CoVO)和无定型的钒酸钴纳米颗粒(a-CoVO)。高粘度的乙二醇作为溶剂,保证了无定型的钒酸钴纳米颗粒的成功制备。无定型的钒酸钴纳米颗粒可以暴露更多活性位点,而且还能促进催化剂本身与电解质溶液的充分接触,可以极大地提高催化剂的氧气析出反应活性。当无定型的钒酸钴纳米颗粒(a-CoVO)在碱性条件下进行氧气析出反应时,a-CoVO催化剂材料表现出较低的过电势、较小的Tafel斜率以及良好的催化稳定性。此研究工作证实钒酸钴纳米材料在析氧反应中有较好的催化活性,为探究更多高效的电化学裂解水催化剂提供了一定的参考。3.一步水热法构建钴-钒基纳米复合材料作为全解水电催化剂设计用于整体水分解的低成本和高活性双功能催化已经引起越来越多的研究兴趣。本工作探讨了钴-钒双金属基纳米复合材料的制备及其高效的全解水性能。通过一步水热法合成纳米复合材料,并将钴物种引入到纤铁矿VOOH中。实验中优化了钴物种的添加量,相应的研究了对电催化活性的影响。实验结果证明,添加的钴物种在制备过程中会形成钴钒氧化物。优化后所制备的催化剂(表示为Co0.2-VOOH)表现出独特的层状结构,碱性电解质溶液下实现10 mA cm-2的电流密度,分别需要210 mV(OER)和130 mV(HER)的过电势。在全解水过程中,仅需要1.57和1.74 V的低电池电压来达到10和100 mA cm-2的催化电流密度。这项工作表明钴-钒双金属基催化剂材料是非常有潜力的全解水催化剂材料。