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尽管开发和利用不可再生的化石燃料极大地促进了全球经济的快速增长，但同时能源危机和环境污染也日渐严重。在这种情况下，开发高性能，低价的环保能源及绿色能源转换材料非常重要。数十年来，电催化水分解已成为解决困境的一种有效的方法。水电解是一种简单而绿色的反应，它是由析氢反应（HER）和析氧反应（OER）结合而成的。开发能促进两个半反应,减小实际过电位的高效电催化剂迫在眉睫。迄今为止，贵金属基材料被公认为是水分解的最佳电催化剂。然而，高成本和低储量等缺点严重限制了他们的规模化应用。非贵金属的钴基材料，由于其固有的电化学性能和结构可调节性，已作为水分解催化剂被广泛研究。
本论文主要通过将钴基化合物与其他材料相复合，制备高效的HER、OER及电解水催化剂并研究其催化性能。主要内容如下：
（ 1 ） 利用二维过渡金属碳（氮）化合物(MXene)与氢氧化物间的相互作用力，将Co(OH)F 纳米线原位生长在 MXene 纳米片表面，并进一步对其进行退火硫化处理，得到CoS2@MXene复合材料。复合材料相对CoS2及MXene催化性能均得到极大提升，其HER、OER及电解水达到10 mAcm-2的电流密度时分别仅需175 mV、270 mV和460 mV的过电位。CoS2@MXene具有很好的循环稳定性，可持续工作24 h而未发生衰减，具有一定的催化反应稳定性。
（2） 制备了一种原位生长于碳布基底上的 CoNi-LDH/ CoSe2复合材料，其中 CoSe2纳米管均匀生长于碳布表面，CoNi-LDH则包覆在纳米管表面。这种复合材料表现出优异的OER、HER及电解水性能。其HER、OER及电解水达到10 mAcm-2的电流密度分别仅需162 mV、260 mV和420 mV的过电位。可持续工作11 h而未发生衰减，具有良好的催化反应稳定性。
（3） 利用氢氧化物与 MXene 表面基团之间的相互作用力，设计合成出了，生长于MXene表面的α-Co(OH)2纳米片复合材料α-Co(OH)2@MXene。对其进行了多种物相表征与电化学性能测试。在碱性溶液中表现出接近Pt/C的优异HER性能，仅需37 mV的过电位即可达到10 mAcm-2的析氢电流密度。并可在50 mAcm-2高电流密度下持续工作65 h，不发生性能衰减，具有优异的催化稳定性。
本论文主要通过将钴基化合物与其他材料相复合，制备高效的HER、OER及电解水催化剂并研究其催化性能。主要内容如下：
（ 1 ） 利用二维过渡金属碳（氮）化合物(MXene)与氢氧化物间的相互作用力，将Co(OH)F 纳米线原位生长在 MXene 纳米片表面，并进一步对其进行退火硫化处理，得到CoS2@MXene复合材料。复合材料相对CoS2及MXene催化性能均得到极大提升，其HER、OER及电解水达到10 mAcm-2的电流密度时分别仅需175 mV、270 mV和460 mV的过电位。CoS2@MXene具有很好的循环稳定性，可持续工作24 h而未发生衰减，具有一定的催化反应稳定性。
（2） 制备了一种原位生长于碳布基底上的 CoNi-LDH/ CoSe2复合材料，其中 CoSe2纳米管均匀生长于碳布表面，CoNi-LDH则包覆在纳米管表面。这种复合材料表现出优异的OER、HER及电解水性能。其HER、OER及电解水达到10 mAcm-2的电流密度分别仅需162 mV、260 mV和420 mV的过电位。可持续工作11 h而未发生衰减，具有良好的催化反应稳定性。
（3） 利用氢氧化物与 MXene 表面基团之间的相互作用力，设计合成出了，生长于MXene表面的α-Co(OH)2纳米片复合材料α-Co(OH)2@MXene。对其进行了多种物相表征与电化学性能测试。在碱性溶液中表现出接近Pt/C的优异HER性能，仅需37 mV的过电位即可达到10 mAcm-2的析氢电流密度。并可在50 mAcm-2高电流密度下持续工作65 h，不发生性能衰减，具有优异的催化稳定性。