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能源需求的持续增长加剧了全球化石能源的枯竭,导致一系列环境问题不断涌现,探索高效、清洁、可持续发展的新能源成为世界各国迫在眉睫的任务。氢能由于具有高能量密度、环境友好等显著优点而在各种新能源中脱颖而出,成为人们研究和开发的热点。电解水装置是一种在通电条件下,将水（H2O）直接分解成氢气（H2）和氧气（O2）的绿色能源转换装置,制备的H2纯度高达99%,是当今世界各国大力发展的清洁和可再生能源技术。析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction,HER）和析氧反应（Oxygen Evolution Reaction,OER）是电解水装置的核心反应,这两种反应的发生往往需要克服较大的能量势垒且动力学过程缓慢,需要高效的电催化剂来促进反应的进行。HER和OER中常用的电催化剂分别是铂（Pt）和钌（Ru）等贵金属催化剂,但是贵金属的储量稀少、价格昂贵等特点极大地限制了其广泛应用。将贵金属电催化剂负载到高导电性、高稳定性的碳材料载体上,不仅可以减少贵金属的使用量,而且可以通过碳和贵金属间的协同作用提高电催化性能。在众多的碳材料中,多孔碳材料由于具有超高的比表面积、丰富的孔道结构等优点而被认为是理想的催化剂载体。本文以生物质为碳源,利用“发泡法”制备了三维多孔碳材料,并以之为载体制备了多孔碳载贵金属催化剂,考察它们对HER和OER的电催化性能。主要研究内容如下:1.以蔗糖为碳源、碳酸氢钠（Na HCO3）为发泡剂,利用“发泡法”制备了三维分级多孔碳（Hierarchically Porous Carbon,HPC）材料,并将其用作Pt催化剂的载体,利用浸渍还原法制备了Pt/HPC电催化剂。X射线衍射（X-ray Diffraction,XRD）、X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS）、拉曼（Raman）及氮气吸脱附等表征结果显示,与商业炭黑相比,HPC具有较大的BET比表面积、丰富的含氧官能团和活性位点,更有利于Pt原子的均匀分散与稳定负载,从而有利于改善Pt催化剂的电化学催化性能。透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy,TEM）和XRD表征结果显示Pt/HPC催化剂中Pt纳米颗粒的结晶性良好,平均粒径为2.11 nm。Pt/HPC-14.1在0.5 M H2SO4电解液中具有优异的HER电催化性能,起始电位仅为-10 mV,-10 m A cm-2电流密度对应的过电位为24 mV。此外,Pt/HPC-14.1具有优异的长期电催化稳定性,在2000圈循环伏安扫描以后,过电势仅发生了1.6 mV的衰减。这些结果均说明HPC作为理想的催化剂载体,有望替代商业炭黑而被广泛应用于电催化领域。2.以蔗糖为碳前驱体、碳酸氢铵（NH4HCO3）为氮源、Na HCO3和NH4HCO3共同作为发泡剂,利用“发泡法”制备了氮掺杂三维分级多孔碳（Nitrogen-doped HPC,NHPC）材料。在NHPC的制备过程中,通过添加Ru Cl3·3H2O,制备了Ru/NHPC电催化剂。TEM和XRD表征结果显示Ru/NHPC样品中的Ru纳米颗粒结晶性良好,平均粒径约为2.49 nm。在1 M KOH电解液中,Ru/NHPC表现出良好的OER催化性能:10 mA cm-2电流密度对应的过电位约为392 mV;电化学活性面积与商业RuO2相近,且约是NHPC的3.2倍;经过10 h的计时电流曲线测试后仍保持较高的活性。