氢能作为一种可持续再生的清洁能源,可以满足人们未来对社会生活的更高要求。电解水析氢是一种非常有应用前景的制备氢气的方法,然而电解水析氢反应同时伴随着析氧反应（OER）。由于OER反应过程是四个电子-质子反应过程,导致OER反应动力学缓慢,严重阻碍了析氢效率。虽然目前Ru O2和Ir O2等贵金属催化剂已经表现出非常优异的OER催化性能,但是由于贵金属高成本问题阻碍了它们的广泛应用。因此,设计高效、稳定、廉价的过渡金属基OER催化剂成为了解决氢能问题的关键。科研人员发现Co Fe LDH的结构可调控性高、同时也具有非常优异的稳定性。本文以Co2Fe LDH结构化合物为目标,研究其OER催化规律及相关反应机理。选择元素周期表中同周期且d轨道电子数相似的Cu、Mn、Cr和V等金属离子掺杂,提升Co2Fe LDH催化剂OER催化性能,并利用密度泛函理论研究上述金属离子掺杂对Co2Fe LDH催化性能的影响机制,主要结论如下:（1）采用低温湿化学法在碳纤维纸上成功合成六角纳米片状Co2Fe LDH。分别选取Cu、Mn、Cr和V四种金属离子掺杂Co2Fe LDH。物相表征发现,Cu离子未完全进入Co2Fe LDH中,同时合成过程中由于Cu离子的引入使得Co2Fe LDH形貌由片状变为颗粒状;Mn、Cr和V等离子都能完全掺杂进入Co2Fe LDH中,且掺杂后的Co2Fe LDH六角纳米片状结构保持良好。（2）系统研究了不同离子掺杂的Co2Fe LDH OER催化性能。研究发现随着Cu元素掺杂浓度的逐渐升高,Co2Fe LDH OER催化活性逐渐降低;而对于Mn、Cr和V等离子达到最佳掺杂含量的样品分别为Co2Fe0.67Mn0.33、Co2Fe0.67Cr0.33和Co2Fe0.5V0.5时,它们在10 m A cm-2电流密度下的过电位分别为266 m V、260 m V和242 m V。因此,Co2Fe LDH的OER催化性都有较为显著的提高。研究表明,V元素掺杂的Co2Fe LDH表现出最好的OER催化性能。（3）利用密度泛函理论（DFT）对掺杂前后Co2Fe LDH的态密度（DOS）进行了分析,发现Mn、Cr和V等元素掺杂后,Co、Fe和O的电子结构都发生了变化。其中Fe元素的电子结构变化尤为显著,特别是Fe 3d轨道的分波态密度（PDOS）。掺杂后的Fe元素的d带中心相对于掺杂前的Co2Fe LDH的d带中心发生了明显上移,Fe位点d带中心上移有利于Fe位点对含氧中间体（OH-等）的吸附过程。同时随着掺杂元素的d电子数逐渐减小,掺杂后Fe元素的d带中心位置上移程度逐渐增大。V元素的d电子数最少,掺杂后Co2Fe LDH中Fe的d带中心最高。（4）通过密度泛函理论研究了Cr离子掺杂Co2Fe LDH的OER反应过程。系统研究了d带中心与OER的关系,通过OER反应过程的吉布斯自由能分析发现,Cr元素不是OER催化活性位点,而Cr元素的引入有效的优化了Fe元素的d带中心,从而提高了Co2Fe LDH的OER性能,并且进一步阐释了OER催化活性与d带中心的关系,即适当提高d带中心有利于OER催化活性。（5）综合上述实验及理论分析可以获得一个有趣的规律,即掺杂金属离子d轨道电子数目与Co2Fe LDH OER催化性能有非常密切的联系。Cu的d轨道电子数为9,大于Co和Fe,而Cu掺杂的Co2Fe LDH的OER催化性能显著降低;Mn、Cr和V等元素的d轨道电子数少于Co和Fe,掺杂后的Co2Fe LDH的OER催化性能获得提升,其中V的d电子数最少,掺杂后的OER催化性能提升最大。本论文的研究工作所采用低温湿化学法对合成热稳定性较差的材料提供了一种廉价、简单的合成方案思路;同时对于材料原为生长也提供了一种全新的思维方式,并且具有操作方法简单,价格低廉,设备要求低等优势。对OER催化剂的物相表征、电化学性能研究等也提供了一定的方法参考手段,对于提高OER催化剂OER性能的方法也具有一定的参考性。OER催化剂的设计和构筑提供一定的理念和理论基础。