近几十年来，全球能源危机和环境污染持续加剧，为了地球家园的美好明天，寻找可替代化石燃料的洁净可持续能源的发展战略势在必行。其中氢能因其来源易得、燃烧效率高、容易储存、绿色无污染的鲜明优势，被认为是未来人类社会最有希望的替代能源。例如，氢动力汽车，也被称为燃料电池汽车(FCVs)，已经成功商业化，并被视为最有希望替代传统汽车使用的石油燃料，进而缓解能源危机的问题。怎样实现高效的生产和转化氢能是近年来备受关注的研究课题。甲烷重整、煤气化和电解水是目前工业上用于制氢的方法。其中，甲烷重整和煤炭气化这两种制氢方法则是极度依赖化石燃料，污染环境且不可持续。特别是甲烷重整制氢过程中，总与微量CO混合，导致催化剂（Pt）中毒，降低了能量转换效率。而水的电化学裂解可制得纯度＞99.6%氢，并可持续的实现大规模产氢，因此在发展氢能技术中引起极大关注。然而，因为HER反应过程中动力学迟缓，为了降低电解中的能耗以节约成本，使用电催化剂是必要的。尽管铂和铂基合金仍然在制氢催化剂中占据重要地位，但铂的高昂价格和稀有性极大的阻碍了其在制氢技术中的普遍使用。因此，设计可媲美铂和铂基的高效且又耐受性好的HER催化剂是解决未来可大规模持续电解水制氢的关键。
　　近年来，以磷化钼等为代表的一系列过渡金属磷化物已被广泛研究，被声称是一类很有研究价值的催化剂。为了优化过渡金属磷化物电催化活性，人们采用了各种策略，包括表面磷化、结构优化、以及纳米化和杂原子掺杂。另外，不可否认贵金属催化剂往往在环境和工业催化中具有优异的可塑性、机械性能、抗蠕变性能、良好的耐磨性和耐腐蚀性。其中，铼（Re）就是这样一位在石油化工、合成氨、光电催化、加氢脱硫（HDS）、加氢脱氮（HDN）等领域表现突出的贵金属催化剂，在HER中，甚至金属Re的交换电流密度比Pt还高。但单纯的Re金属催化剂价格不菲、本身的提取工艺也复杂。因此，设计发展高效、低金属负载的新型Re基催化剂材料就是我们研究的出发点。
　　基于上述的事实，我们首次结合二氧化硅作牺牲模板的方法，高温热解羟基乙叉二膦酸、高铼酸铵、以及三聚氰胺的混合物而较容易的得到新型锚定在N，P双掺杂的泡状碳膜中的Re2P和Re3P4纳米颗粒复合物（分别记为Re2P@NPVC、Re3P4@NPVC）。对所制备的材料进行了一系列分析表征、及在全pH条件下电化学析氢反应测试和理论模拟。与合成的其它样品相比，Re3P4@NPVC复合异质结构显示出高效的催化活性，可与商业化的Pt/C媲美。具体而言，在10mA cm-2的电流密度下，其0.5M H2SO4溶液中的过电势为40mV；1.0M中性溶液的过电势为70mV；1.0M KOH溶液中的过电势为61mV，相应地Tafel斜率分别为38、77和62mV dec-1。实验和DFT计算均清楚地表明，金属Re和P的耦合，可平衡氢吸附和解吸的最优ΔGH*值，因此能够极大促进HER途径。此外，NPVC层和纳米颗粒的电子耦合协同作用可加快HER过程中质子的吸附和还原动力学。