水氧化反应（Oxygen evolution reaction,OER）在多种能量转换和储存新技术中都是重要的半电极反应,已成为能源（光）电催化领域的研究热点。但OER涉及多电子转移过程,动力学较为迟缓,因此往往成为反应中的决速步骤,也一直是研究的难点。开发高效、低成本、易于大面积推广的OER电催化材料一直是研究的重点和难点。近几年,过渡金属与石墨烯复合材料作为低成本的催化材料,在OER中能够兼具催化活性和稳定性,展现出了未来规模化应用的潜力。因此本文设计简易方法合成氮化石墨烯包覆的铁纳米颗粒（Fe₃N@NG）作为模型材料,并通过设计对比实验和多种表征手段,研究了此材料的（光）电催化性能以及催化机理,对石墨烯包覆的金属材料OER催化过程中活性位点、反应动力学的改善和电子迁移路径的变化作出了全面解释。具体研究内容如下:（1）通过简易的热解法制备具有良好包覆结构和均匀分散性的Fe₃N@NG材料,OER电催化测试表明其具有290 m V的开启电势、以及10 m A·cm^-2处380m V的过电势,并在1.7 V vs.RHE处获得25 m A·cm^-2的电流密度。同时,该材料在激活后能保持25小时稳定性。通过比较比表面积相似、化学成分相同,但物相结构相异的Fe₃N@NG和Fe₃N/NG材料的性能,发现具有包覆结构的Fe₃N@NG具有更高的催化活性和稳定性。同时在光电催化水分解中,Fe₃N@NG作为Fe₂O₃光阳极的助催化剂,增强了光阳极的电子空穴分离,使其具有在350nm处有最高的IPCE值23.3%,同时Fe₃N@NG的负载使得1.23 V vs.RHE处光电催化的光电流密度提高了1.8倍,达到了2.40 m A·cm^-2,并能保持8小时稳定性。（2）综合原位实验和理论计算结果,分析验证了Fe₃N@NG的催化机理。XPS和原位穆斯堡尔谱分析揭示Fe₃N@NG在催化过程中形成独特的Fe⁴⁺@NG氧化态结构。理论计算对比Fe⁴⁺@NG与Fe₃N/NG的催化动力学,验证了Fe⁴⁺@NG在动力学上的优越性,并揭示了与铁相互作用的吡啶氮周围的碳原子是OER反应的催化位点。实验结果和理论计算阐述了石墨烯包覆Fe₃N的OER电催化反应机制,在外加电压的作用下,石墨烯包覆的Fe₃N通过石墨烯电子转移,部分氧化成Fe⁴⁺。高电负性的Fe⁴⁺通过与石墨烯中掺杂的吡啶氮相互作用,促进氧中间产物的电子向石墨烯转移,从而促进水氧化过程,有效推进了OER反应的进行。同时,石墨烯外壳也起到了保护Fe₃N金属颗粒和Fe⁴⁺的作用,因而确保了Fe⁴⁺@NG的结构和催化性能稳定性。（3）使用相同的制备方法对过渡金属Co、Ni、Mn进行材料构筑,同样获得了具有包覆结构的电催化材料,验证了此方法是一种普遍适用的石墨烯包覆金属材料的制备方法。