自工业化以来,人们对能源的需求迅速增加。化石燃料的枯竭和二氧化碳排放造成的温室效应等问题迫切要求人们开发可持续的新能源。在各种绿色能源中,氢能一直是人们关注的焦点。电催化水分解制氢技术是将电能转化为氢能的可再生能源技术之一。整个水分解过程中,具有较高过电位的析氧反应(OER)已成为提高能量转换效率的主要限制因素。近年来,廉价的非贵金属在析氧反应方面的应用逐渐兴起,为提高电解水制氢效率带来了希望。在已开发的非贵金属催化剂中,低维铁系氧化物因其具有比表面积大、电荷传输能力强、导电性较高等优点,使之具有较高的电催化析氧反应活性,赋予其广阔的应用前景。在本论文中,作者以低维铁系氧化物为研究对象,并利用元素掺杂、设计多孔结构等途径对催化剂进行了优化,显著提高了OER性能。本论文的主要研究内容有:1.作者利用熔盐保护热解法,将镍钴铁层状氢氧化物纳米片转化为准单晶的镍钴铁氧化物多孔纳米片。高温熔盐一方面促进了物相的快速转化,另一方面在其保护下使氢氧化物拓扑转化为相应的氧化物,并在内部结构应力的作用下诱发了多孔结构的形成。二维多孔结构,大大提高了催化剂的比表面积,使之暴露出更多的表面活性位点。而准单晶特征促进了OER过程中的电荷传导。此外,熔盐的氧化环境使局域高价金属离子和氧空位得以富集,进一步增强了OER本征催化活性。基于上述结构优势,该催化剂显示出低至1.460 V vs.RHE的起始电位,同时具有较高的催化电流密度和优越的稳定性。本工作通过熔盐保护热解法制备了兼具元素掺杂、氧空位和二维多孔结构的电催化剂,为未来设计新型OER电催化剂提供了新思路。2.作者通过元素掺杂和熔盐保护热解法,制备了铁掺杂的钙钛矿结构LaCoO₃纳米晶。利用熔盐在相转化过程中的保护作用,获得了晶粒尺寸为40~50 nm的单分散铁掺杂LaCoO₃纳米晶。作者利用第一性原理计算证实了铁掺杂可以有效调节LaCoO₃的电子结构,使Co-O共价性增强,加快电荷转移,提高催化剂的本征催化活性。通过组分调控,优化后的铁掺杂LaCoO₃纳米晶催化剂显示出低至1.437 V vs.RHE的起始电位、较高的催化电流密度以及优越的稳定性。该工作为未来设计制备高性能催化剂提供了新方法。