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目前许多碳基材料,如煤、天然气、石油等不可持续资源日益耗减,能源需求增大和环境污染问题,激励着研究人员寻求可替代能源和能量存储装置。氢能是较为有应用前景的可再生能源。工业上产氢的方式主要有电解水制氢、煤气化制氢、重油及天然气催化转化制氢等。这其中电解水制氢是一个重要的途径,其核心反应是析氧和析氢反应。其中,析氧反应高度依赖溶液的pH值,且为动力学慢反应,因此开发经济、高效的析氧反应催化剂对于提升电解水产氢的效率,以及与之相关的燃料电池、储能领域的应用具有重要意义。到目前为止,大量电催化材料已经被设计和合成出来用于提高析氧反应性能。本论文研究的内容针对目前析氧反应的特点及研究现状,以泡沫镍、泡沫铜为基体,在其表面原位生长形貌、组成可控的纳米结构单元,构筑具有高机械强度、高活性的三维多级结构电极材料,研究材料的组成、结构等对电催化析氧反应性能的影响,并将其应用于生物质平台分子的电催化氧化,为新型高效电催化材料的设计和制备提供新的思路和方法,具体研究内容包括以下两部分。1.利用水热法在泡沫镍表面原位生长垂直于骨架结构的镍铝水滑石前体材料。通过离子交换法,将含有B、P元素的阴离子引入到水滑石层间,构筑含有硼或磷的阴离子的水滑石中间体。随后经高温还原处理,得到具有三维多级结构的高分散镍的硼化物和镍的磷化物,分别表示为NiB-A12O3/NF、NiP-A12O3/NF。并将其应用于水的电催化析氧反应及5-羟甲基糠醛选择性电催化氧化反应。当电流密度达到10 mA·cm-2时,析氧反应过电位分别是221 mV和193 mV;5-羟甲基糠醛的转化率和选择性分别可达99.0%和98.0%以上。研究结果表明B、P元素能够调节金属Ni的电子状态,从而影响催化性能。且所得的电极材料均表现出良好的化学稳定性。2.采用氧化法,以泡沫铜为导电基底并提供反应所需要的铜源,以氢氧化钠和过硫酸铵的混合液为氧化剂,在泡沫铜表面原位生长垂直于骨架结构的Cu(OH)2纳米线前体,经高温焙烧转化为CuO纳米线。然后通过电沉积的方法在CuO表面形成镍钴氢氧化物壳层,通过对沉积电位、沉积时间等的控制,构筑具有核壳结构的CuO@NiCo(OH)x三维多级铜基电极催化材料。通过SEM、TEM等形貌表征手段可以得知所得核壳结构材料的壳层形态和厚度。研究结果表明,所得的CuO@NiCo(OH)x材料结合了铜基催化材料优异的导电性和金属氢氧化物材料的电学性质,提供较大的电化学比表面积,有利于提高OER催化效率。在碱性条件下,当电流密度达到10mA·cm-2时,析氧反应过电位约为302 mV,Tafel斜率为93 mV·dec-1,具有突出的OER性能,并且在长时间通电的情况下,电位基本保持稳定。