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化石燃料的快速消耗和日益严峻的环境问题使得可持续能源技术的发展成为当务之急。氢（H2）具有较高的能量密度,被认为是未来世界的主要能源。目前,H2生产仍主要依赖于化石燃料工业,纯度低且成本高。以低成本和高纯度生产H2的最有效方式之一是通过电能或太阳能将水分解成氢和氧。一些贵金属及其氧化物是目前公认的性能优异的电解水催化剂,在同等电流密度条件下具有最低的过电位,且稳定性好。然而,由于此类催化剂资源匮乏,成本高,其商业应用受到了很大的限制,不能广泛应用于电解水工业以获得经济的氢能源。为了取代这些昂贵的催化剂,研究人员已经广泛致力于基于过渡金属元素的电催化剂的设计,合成和性能表征,过渡金属元素的成本较低、活性高,在长时间催化条件下具有良好的稳定性,这些优点使其作为催化剂用于水分解反应更加具有可行性。本论文的具体的研究内容和创新性成果如下:（1）以具有纳米立方体形貌的普鲁士蓝类似物Co3[Fe（CN）6]2作为自牺牲模板,成功制备Co、Fe共掺杂的MoS2（Co,Fe-MoS2）纳米片组装结构。纳米片组装结构能够提供较高的比表面积、易于接近的活性位点,而且可有效缩短电荷转移路径。同时,Co、Fe掺杂在纳米结构中引入大量缺陷,能够提供额外的催化位点,从而有效提高Co,Fe-MoS2的电催化性能。当Co,Fe-MoS2用作水电解的双功能催化剂时,表现出高效稳定的催化活性,产生10 mA cm-2的催化电流密度,其工作电压仅需1.47 V。在双电极电解槽中,仅需单节AA电池（标称电压为1.5 V）就可以保证持续稳定的水分解反应。（2）利用简单的磷化方法,以CoFe-PBA立方体为前驱体获得新型CoFeP纳米笼结构材料。此类材料特殊的多孔空心结构能够提供较多暴露的活性位点和较高的比表面积。CoFeP纳米笼结构催化剂中,Co和Fe均可作为活性位点,彼此之间存在协同作用。所制备的CoFeP纳米笼在碱性条件下表现出卓越的OER催化行为,在180 mV的极低过电位下,就可以提供10 mA cm-2的电流密度,在270 mV的过电位下具有0.93 s-1的小转换频率,并且具有优越的稳定性。（3）利用Ni（OH）2纳米片限制模板技术在泡沫镍基底上构建立方NiCo-PBA砖组装的二维纳米墙结构材料。NiCo-PBA立方纳米结构边缘具有大量的活性位点,特殊的二维结构特征也能够有效缩短电荷扩散路径,提高比表面积。因此,NiCo-PBA/NF对水分解反应表现出优异高效的催化性能:在10 mA cm-2的电流密度下,OER和HER的过电位分别为140和62 mV。此外,以NiCo-PBA/NF作为双功能催化剂的两电极电解槽,产生10 mA cm-2的催化电流,其工作电压仅需1.49V,当其用于全水分解反应,甚至表现出优于贵金属的IrO2-Pt/C系统的催化性能。