化石燃料的燃烧造成了温室效应以及空气污染等诸多环境问题,严重威胁着人类生态文明的发展。因此,寻求一种清洁、无污染、可持续的环境友好型能源成为当前科学研究的重点。与其他能源相比,绿色无污染的氢能源具有热值高、能量密度高等特点,被认为是未来最有潜力的能源载体。在所有制氢技术中,电解水制氢被认为是一种较为成熟并具有发展潜力的制氢技术。然而电解水的阴阳极反应（阴极析氢反应-HER和阳极析氧反应-OER）在电解过程中存在能耗高、不稳定等问题。研究表明选择具有较高催化活性和稳定性的电催化剂来降低阴阳极反应的过电位是提高电解水效率的主要方法。本论文主要从原子耦合效应以及纳米结构工程构建方向出发,针对非贵金属催化材料的制备、电催化性能的改良以及催化机理的探索展开研究。主要研究内容如下:（1）Cu-Co-Se纳米管电极:采用了两步水热法,在裸露的泡沫铜（CF）骨架表面制备了具有较大比表面积的Cu-Co-Se NTs/CF纳米管（NT）结构。通过XRD、XPS、TEM结果表明,该纳米管结构为多晶结构,由Cu_1.8Se和Co Se₂组成。在1.0 M KOH电解液中对材料进行电化学性能评估发现,当电流密度为-10 m A cm^-2时,Cu-Co-Se NTs/CF电极在阴极析氢反应的过电位为152 m V;当电流密度为50 m A cm^-2时,Cu-Co-Se NTs/CF电极在阳极析氧反应的过电位为332 m V。同时,Cu-Co-Se NTs/CF电极能够在10 m A cm^-2和50 m A cm^-2电流密度下保持20 h的电解耐久性。当电极作为电解水装置阴阳极时,电流密度达到10 m A cm^-2所需要的槽电压仅为1.65 V,并能够维持50 h的持续电解。密度泛函理论（DFT）证明了Cu的存在增强了Co-Se相表面对于氢、氧原子的吸附能力,促进了Cu-Co-Se整个体系中电子间的转移,从而提升了电催化的性能。（2）多孔Cu₂O/CW电极:通过电镀技术并利用氢气泡软模板法,在光滑的铜丝表面制备出了多孔的Cu₂O泡沫结构。这种结构不仅提高了比表面积,而且有利于气体的析出。TEM结果表明Cu晶格条纹与Cu₂O晶格条纹之间存在界面。通过研究电镀时间对电极性能的影响,发现了当电镀时间为500 s时,Cu₂O/CW电极在-10 m A cm^-2电流密度时所表现出的析氢过电位最低,为226 m V;在50 m A cm^-2电流密度时所表现出的析氧过电位最低,为330 m V,并能够保持较好的电催化稳定性。密度泛函理论探究了Cu₂O催化反应时的活性位点,根据计算可知Cu吸附位点相比较O吸附位点,能够更加有利于氢原子和氧原子的吸附。（3）Cu（OH）₂纳米线电极:在室温下采用一步液固反应法在裸露的泡沫铜骨架表面制备出均匀排列的Cu（OH）₂纳米线结构。电化学性能测试结果显示,在1.0 M KOH中,当电流密度为-10 m A cm^-2时,Cu（OH）₂ NWs/CF析氢反应所需的过电位为263 m V,相比泡沫铜所需的过电位降低了282 m V。同时,材料的Tafel斜率为101.2 m V dec^-1,证明了Cu（OH）₂ NWs/CF具有良好的电催化反应动力学。