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电解水制氢方法具有原料丰富、产品纯度高等优点,被认为是清洁绿色的制氢方法之一。然而,组成电解水反应的两个半反应——析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的高能垒限制和影响了电解过程的能量转换效率和电解水制氢技术的发展,因此需要开发高活性的催化剂以降低反应能垒。到目前为止,最高效的电催化剂仍然是贵金属基催化剂,但过高的价格和稀缺的资源极大地限制了它们的大规模应用。且这些催化剂通常只对一个半反应表现出高活性,而对另一个半反应活性较差。所以,从降低成本和简化工艺两个方面考虑,开发同时具有高HER和OER活性的双功能非贵金属化合物催化剂对于实现高效的全解水反应至关重要。基于此,本论文围绕纳米结构设计和化学组分调控构建了两种过渡金属基材料,实现了HER和OER性能的综合提升。研究内容与结果概括如下:（1）Ni0.7Co0.3P纳米花的制备及其催化电解水性能的研究以具有不同Ni:Co摩尔比的氢氧化物为前驱体,通过低温磷化处理合成了一系列具有不同Co掺杂量的Ni Co P催化剂,并研究了Co掺杂量对电催化性能的影响。当Ni:Co摩尔比为7:3时,合成的Ni0.7Co0.3P具有最优的HER和OER催化活性。特别地,Ni0.7Co0.3P具有独特的纳米花结构和大量的分级缺陷通孔,该结构能够暴露更多的活性位点、提供更多的电子/离子扩散路径,从而加快电化学反应进程。Ni0.7Co0.3P纳米花在碱性条件下,电流密度为10 m A cm-2时析氢和析氧所需的过电势分别为105和230 m V,拟合得到的Tafel斜率分别为58和78 m V dec-1,且在10 m A cm-2恒定电流密度下能稳定运行25小时。（2）Co/Co O@NC@CC的制备及其催化电解水性能的研究以碳布为基底,通过自组装-高温碳化法合成了氮掺杂碳层中嵌入Co和Co O物质的Co/Co O@NC@CC复合材料。在碳化过程中,由于沸石咪唑酯骨架的坍塌和收缩,在碳纤维表面产生了大量不规则的缺陷孔,有效地扩大了电解液可触面积,从而使活性位点更好地暴露和利用。此外,通过改变复合材料中活性物质的种类,探索了Co、Co O两种活性组分的协同作用对氢原子、反应中间产物吸附能力、HER和OER反应动力学的影响。所得Co/Co O@NC@CC复合材料展现出优异的电化学性能:在碱性条件下,电流密度为10 m A cm-2时析氢和析氧所需的过电势分别为152和284 m V,相应的Tafel斜率分别为80和76 m V dec-1。此外,将其同时作为阴、阳极用于全解水性能测试,当电流密度达到10m A cm-2时需要施加的电压为1.66 V,并且在连续25小时的测试中展现了良好的循环稳定性。综上所述,本论文设计合成了两种过渡金属基催化剂:Ni0.7Co0.3P纳米花和Co/Co O@NC@CC,并研究了这两种材料在碱性条件下的电催化析氢和析氧行为。实验结果证明两种催化剂均具有良好的HER和OER催化活性以及优异的稳定性。此外,分别提出了两种材料相应的构效关系以及HER和OER作用机理,为双功能电解水催化剂的设计和制备提供了新的思路和方法。