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化石能源的日益短缺及其应用过程中产生的环境问题使得发展可再生清洁能源的需求更加迫切。电解水产氢技术是获得清洁燃料的理想途径之一，过程包含阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)。其中，OER需要从水分子中脱去4个质子，涉及4e-转移，过程复杂且动力学缓慢，需施加更高的过电位(Eo=1.23V vs RHE)才能匹配HER的速率，严重制约了电解水整体能量转化效率。此外，OER过程也是金属空气电池等能源器件中的基本反应之一。因此，认为OER是电解水制氢及其他能源转化过程中效率提升的瓶颈。尽管贵金属二氧化钌、二氧化铱是OER最有效的催化剂，但成本高及储量少等因素限制了其实际应用。所以开发高效稳定的非贵金属催化剂来减少甚至替代贵金属的使用是至关重要且极具挑战性的。近年来，第一过渡系金属元素作为水氧化催化剂受到了足够重视，作为水氧化催化剂活性中心，它们不仅具有丰富的氧化态，且储量丰富、成本低，具有广阔的应用前景。本论文主要研究基于第一过渡系金属的电催化水氧化体系，具体工作和结论如下: (1)以廉价的金属有机盐乙酸铁、乙酸钴为主要成分，辅以乙酸镍、钨酸铵(NH4)10H2(W2O7)6或钼酸铵(NH4)6Mo7O2·4H2O，聚乙烯吡咯烷酮为粘结剂，通过简单的浸渍煅烧方法获得负载在高导电性碳纸上的活性复合物电极FeCoM/CP(M=Mo，Ni，W)。通过形貌结构表征和电化学测试分析，证明添加第三类元素后，铁钴原子中心发生偏移，电子结构产生变化，其在1M KOH碱性溶液中，过电位相比二元金属FeCo复合物明显降低，表现出了较高的催化活性。 (2)在上述研究基础上，围绕FeCoMo/CP催化剂，优化制备过程中的反应参数（如热解温度及热解时间等）以获得更优异的催化性能。分析结果表明:当热解温度为1000℃，热解时间为1min时，催化剂活性最高，在10mA/cm2时过电位仅为273mV;而且恒电位下连续测试120小时，没有出现明显衰减现象。证明FeCoMo-1000℃-1min/CP电极具有优异的电催化活性和稳定性。 (3)基于稀土金属独特的电子结构及其对催化性能的强化作用，我们对稀土/过渡金属催化剂（尤其是稀土元素在调节催化体系电子结构方面的作用）进行了研究。将含有Fe、Co、Ni以及Ce前驱体的醇溶液充分混合，采用低温共沉淀法构筑了Fe-Co-Ni-Ce活性电极。在10mA/cm2时的过电位与不含稀土元素的Fe-Co-Ni电极(310mV)相比大幅降低，仅为230mV。此外，复合La元素的过渡金属催化剂的OER性能也有相应的提升，相同电流密度下过电位仅为260mV。同时，稀土元素的引入对催化剂的塔菲尔(Tafel)斜率也有显著影响:含Ce活性电极的Tafel斜率由142mV/dec降低为78mV/dec，证明稀土元素的引入可以进一步强化催化剂主体结构的电催化析氧性能。