随着社会的发展,人类的生活水平大大提高。为了维持高水平的生活质量,人类对能源的需求也越来越大。化石燃料在工业革命后给人类带来了极大地能源支持,但由于其数量有限性和燃烧污染问题迫使人们开发可代替的清洁能源。氢能源由于其在地球上储备丰富、形态多样、热值高、利用率高、燃烧产物无污染等特性引起了人们的注意并大量研究。在现有制氢技术中电解水制备氢气是效率最高,并且可持续的方法。由于电解水制备氢气的过程由两个电极反应组成,析氢反应和析氧反应,反应过程需要较高的过电势,消耗过多的电能。为了降低反应过电势需要科学家付出很大的努力设计并合成具有高催化性能、低制造成本、合成方法简单的电催化材料。铂基催化剂和钌、铱基催化剂分别是现在公认的析氢反应和析氧反应最为高效的电催化材料,但因贵金属含量少、价格昂贵而不能被大规模工业使用。过渡金属氧化物和氢氧化物具有高效催化性能并能够在碱性环境中稳定工作,被认为是可替代的催化材料。本工作以Co₃O₄八面体颗粒和镍铁双金属氢氧化物为电催化剂,结合多种材料表征手段和电化学方法研究了其材料特征和电解水催化活性和稳定性。1.通过一步水热法,在温度调控的单变量条件下,分别在120摄氏度和240摄氏度合成出α和β型片状镍铁双金属氢氧化物。相变导致两种材料分别对析氧反应和析氢反应具有很高的催化活性。在碱性介质中,对于α型催化析氧反应,电流密度为100 mA/cm²时需要施加246 mV的过电势;对于β型催化析氢气反应,电流密度为10 mA/cm²时需要施加93 mV的过电势。取最优化条件全电解水,α和β型片状镍铁双金属氢氧化物分别作为析氧气反应和析氢反应的电极反应催化剂,当电流密度为10 mA/cm²时需要施加1.52 V的电压。20小时的计时电流测试表明材料具有优秀的稳定性。2.通过简单的一步水热法,在泡沫钴基底上原位生长Co₃O₄八面体颗粒,合成了具有大量{111}高指数面暴露且双电层电容高达154.85 mF/cm²的八面体结构的Co₃O₄颗粒。由于合成过程中没有加入氧化剂,材料表面富含大量的氧空位和表面羟基集团,几种特性的协同效应使得材料具有高效的析氢反应与析氧反应催化性能。在碱性介质中,对于析氢反应,当电流密度为10 mA/cm²时仅需要施加77.9 mV的过电势,而对于析氧反应过程也仅需要加301.2 mV的过电势,对于全电解过程仅需要1.60 V的电势来维持=10 mA/cm²的电流密度。20小时的耐久性测试充分显示出材料具有超高的催化稳定性。