当前,由于消耗传统化石材料而导致的日益加剧的能源危机和环境污染问题已经阻碍了人类社会的可持续发展。因此,寻找可再生替代能源已成为一个关键问题。由于高能量密度和无碳排放的优势,氢被广泛认为是未来清洁能源的理想来源。如今,水电解是大规模开发和利用氢能的最有效方法之一。电解过程包括分别在阳极和阴极上发生的氧释放反应(OER)和氢释放反应(HER)。尽管已经进行了许多工作来降低施加到电极上的过电势,但是开发一种能够与贵金属电催化剂的基准性能相匹配的双功能催化剂(例如HER的Pt,OER的IrO2/RuO2)仍然是一个挑战。因此,探索非贵金属,高效和耐用的电催化剂作为HER和OER反应的电极材料代替工业领域中使用的贵金属具有重要意义。本论文以三维的过渡金属泡沫为基板,通过水热的方法在其基板表面形成纳米片组成的绣花球状结构,探索了不同制备工艺与其电化学性能之间的响应联系,主要研究的内容如下:(1)首先在Ni-Co泡沫(NCF)上制备由镍钒双氢氧化物纳米片组成的3D绣球结构,然后将氢氧化物与(MoS4)2-离子交换形成Ni-V-Mo的Chevrel相硫化物。得益于具有大表面积,低吸附自由能值和快速电子传输的3D多孔纳米结构,优化的Ni8V2(Mo3S4)11/NCF催化剂在10 mA cm-2时用于HER和OER的过电势低至129 mV和330 mV。在10 mA cm-2的电流密度下产生的H2和O2的量分别约为517和342 μmol h-1,这与一些最新报导的非贵金属电极材料在碱性介质中的研究成果相比是极具竞争力的。Chevrel相硫族化物在延长HER和OER循环条件下也具有出色的稳定性。结果表明,Chevrel相材料有望作为低成本和高效的双功能电催化剂用于碱性电解质中的总水分解。(2)在这项工作中,通过一步水热法在镍铁泡沫(NFF)材料上制备了铁掺杂的NiV LDHs纳米片绣球结构,然后NiVFe LDHs通过N2-PH3等离子体掺杂转变为高性能的磷氮化物(N-NiVFeP/NFF),实现了具有Fe和N掺杂的NiVP的三维(3D)结构。所得的N-NiVFeP/NFF在行业相关条件下显示出出色的HER和OER性能。实际上,在1M KOH电解质溶液中,HER和OER在10 mA cm-2的过电势仅为79和229 mV,以及小的Tafel斜率分别为78.6 mV dec-1和72.6 mV dec-1。特别注意的是-NiVFeP/NFF表现出优异的电催化性能,其表现为在大于200 mAcm-2的高电流密度下,比Pt/C和RuO2的过电势更小,并且在低或高的电流密度条件下长期稳定运行超过100小时。这项工作为同时掺杂阳离子和阴离子原子的双功能电催化剂的工程化提供了一种创新方法,这将为制造高级能源材料开辟新途径。