氢能因其可再生、绿色无污染、储存和运输便捷、燃烧率高和应用广泛等一系列优点,被视为是化石能源潜在替代品之一。而电解水制氢技术工艺成熟,制得的氢气纯度高,被视为制氢的一种理想技术。水的全电解包括阴极析氢反应和阳极析氧反应。由于动力学缓慢等因素,直接电解水所需的能量势垒较高,因此探索高活性的电催化剂来降低过电位和改善反应动力学是非常重要的。贵金属催化剂（铂、铱等）具有高效的电催化活性。然而,由于稳定性差、成本高、地壳含量少等因素,贵金属催化剂的大规模应用被严格限制。目前,价格低廉的过渡金属基催化剂是贵金属催化剂的潜在替代品。许多过渡金属基催化剂已经得到了广泛研究,包括磷化物、硫化物、氮化物、碳化物、氧化物、氢氧化物等。在所有过渡过渡金属基催化剂中,过渡金属镍单质及其化合物不仅廉价易得,而且因其具有丰富的电子价态而表现出优良的电催化活性。同时,泡沫镍和泡沫铜等金属基底不仅可以降低催化剂的接触电阻,增大活性面积和提高机械稳定性,而且导电基底本身具有一定的催化活性,可以加促电子转移,提高催化活性。然而,纯镍基催化剂由于活性中心受限、电导率低、固有催化活性有限等原因,离实际应用仍有很大的距离。本论文致力于通过优化材料结构和暴露更多的活性位点来改善镍基催化剂的催化性能。使用策略包括材料复合、控制纳米材料的粒子尺寸和形貌、引入导电基底、金属掺杂等。同时我们也将系统地考察了催化剂的制备条件、形貌结构、物相成分及其在催化析氢或析氧上的催化活性。旨在为获得催化活性高,稳定性好且价格低廉的金属催化剂。具体研究内容如下:1.通过一种刻蚀沉积策略,在室温下在泡沫铜上制备三维/二维（3D/2D）核壳Cu2O@Fe-Ni3S2纳米材料。首先用化学氧化法制备了在铜泡沫上生长的Cu（OH）2纳米棒阵列,然后将Cu（OH）2纳米棒还原成Cu2O不规则的纳米多面体。最后通过部分刻蚀在Cu2O上生长Fe-Ni3S2纳米片,获得了Cu2O@Fe-Ni3S2纳米粒子。其在1 M KOH电解液下表现出优异的稳定性和析氧催化活性,电流密度达到50和300 mA cm-2需要的过电位分别为222 mV和265 mV。归其原因主要是3D/2D核壳纳米结构充分暴露活性位点及加速气体释放,硫空位调节电子结构,铁和镍具有强烈协同催化作用,以及金属基底有效提升电子传输速率。此外,简便的合成方法为开发其他高效、廉价的电催化剂提供了一种有效的途径。2.采用一步特殊的氧化还原反应和沉积策略,通过改变水热温度和过硫酸铵含量,在泡沫镍上合成了一系列NiFe-PBA/PB纳米颗粒（NizFe-PB-x-y）。水热温度和过硫酸铵含量可以调节NiFe-PBA/PB的生长量和尺寸。为了探讨每个反应物的作用,通过改变反应条件合成了另外三种催化剂,包括海胆状FeOOH、Fe4[Fe（CN）6]3立方体、NiFePBA/FeOOH颗粒。通过分析可知,在反应过程中,过硫酸铵可能作为FeOOH的生成促进剂和氧化剂,柠檬酸钠可能作为还原剂和形态调节剂,铁氰化钾作为单一铁源,泡沫镍作为镍源和底物。与其他催化剂相比,电化学活化的Ni0.59Fe-PB-3-110催化剂在1.0 M KOH电解质溶液中具有最突出的催化活性,当电流密度达到50和800 mA cm-2时,分别只需要230V和305 mV的过电位。合理预测该策略不仅有助于导电衬底支撑的分层三维PB或PBAs的设计和开发,而且进一步提高了它们在电催化和储能方面的应用。3.采用一步水热法,通过改变反应物的用量合成了生长在泡沫镍（NF）上的钌-镍氧化物纳米材料,包括NF@Ru-NiOx纳米花、NF@（Ru-Ni）Ox纳米颗粒、NF@（Ru-Ni）Oy/C纳米颗粒和NF@（Ru-Ni）Ox/C纳米颗粒。葡萄糖（Glu）既提供碳源,又可以调节催化剂的形貌。在Ru/Ni/Glu进料比为0025:1:0下,制备了在1 M KOH电解液中具有最佳HER性能的NF@（Ru-Ni）Ox纳米颗粒。且在没有iR补偿的情况下,当电流密度达到10和200 mA cm-2时,分别只需要27 mV和354 mV的过电位,甚至优于NF@Pt/C(36 mV-10 mA cm-2,36 mV-200 mA cm-2)。而在Ru/Ni/Glu进料比为0025:0:2下,制备了在0.5 M H2SO4电解液中具有最佳HER性能的NF@（Ru-Ni）Oy/C纳米颗粒。且在没有iR补偿的情况下,当电流密度达到10和200 mA cm-2时,分别只需要81 mV和339 mV的过电位,稍高于NF@Pt/C(60 mV-10 mA cm-2,270 mV-200 mA cm-2)。这为开发其他具有极其优异催化HER性能的电催化剂提供了一种有效的途径。