随着生产力水平的不断提高,环境污染和能源损耗问题日趋严重,因此寻求一种高效清洁的可再生资源变得尤为重要。氢气,作为一种无污染,能量密度高的新型清洁能源逐渐走入人们的视野,目前呼声最高的制氢方式是通过电解水产氢获得。将电能转化成化学能储存在氢气当中,便与后续能量的转化或直接燃烧。通常情况下,通过施加一定电压将水进行完全分解所需的理论值为1.23V,但由于过电势的影响,电位往往高于理论值。因此,通常在水电解过程中加入一定量的催化剂来降低分解电压,增加产氢效率。在现有产氢催化剂中,基于铂等贵金属为主的催化剂效率最高,但由于价格昂贵、储量稀缺等问题严重限制了其使用范围。因此,开发廉价高效的催化剂成为应对未来能源危机的重要解决途径。在本论文中,作者通过分析水电解时涉及的反应机理选取合适的电催化剂直接或间接地提高产氢效率。在催化剂的制备过程中,通过缺陷工程、活性面暴露、非晶化及协同优化等策略对非贵金属催化剂的活性位点和电子传输能力进行优化,提高能源的转化效率。本论文主要针对以下两点进行讨论:1.基于对二硫化钼催化的活性位点主要位于边缘位置的了解,作者通过构建缺陷工程、优先暴露活性边缘等途径合成了垂直生长于导电玻璃上的可控厚度的富缺陷的二硫化钼纳米墙电催化剂。得益于高度暴露的活性边缘位置和粗糙表面以及厚度可调的富缺陷的二硫化钼纳米墙结构,该催化剂具有超低的起始过电位85mV和优异的电化学稳定性。这种通过构建缺陷结构以达到暴露更多活性位点并负载于导电基底的策略对未来催化剂的设计与发展提供了新的思路。2.作者利用镍铁泡沫合金原位生长部分非晶结构的镍铁层状双金属氢氧化物（NiFe LDH）,在这个工作中,合成出一种具有Ni³⁺离子和最佳Ni:Fe比的部分非晶结构的NiFe LDH纳米片阵列,实现了对电催化氧气释放和尿素氧化的协同优化。部分非晶结构不仅可以带来原生的Ni³⁺离子,而且可以在电氧化过程中更容易地产生高价活性物质,还可以提供二维电荷转移途径以促进电催化过程。此外,优化的Ni:Fe比以及大的活性表面积进一步提高了催化活性,部分非晶结构保证了长期操作的高稳定性。部分非晶结构的催化剂在500mV的过电位下表现出较高的析氧反应电流284.4mAcm^-2,相较于其他不同Ni:Fe比的对应物有2.2-10.0倍的增强。此外,部分非晶结构的催化剂其尿素氧化电流密在1.8Vvs.RHE的电位下显示出相对于完全非晶结构和高度结晶催化剂电流密度的1.6和2.4倍的增量,并且比其他Ni:Fe比的催化剂大2.7-9.4倍。这项工作可以丰富电催化剂的设计策略,用于水电解和含能小分子的电氧化,以及提供强大的双功能电氧化催化剂,用于同时进行废水处理和清洁能源生产。