以碳纳米管(CNT)为原料，通过负载维生素B₁₂，简单热解得到了一种氮掺杂碳纳米管(N/CNT)负载低含量Co₃O₄纳米颗粒的氧还原电催化剂(Co₃O₄@N/CNT)。得益于均匀分散的Co₃O₄纳米颗粒以及氮掺杂，Co₃O₄@N/CNT表现出了优异的氧还原催化性能，其半波电位达到了0.844 V (vs RHE)，超越了商业Pt/C (0.820 V (vs RHE))。与Pt/C相比，基于Co₃O₄@N/CNT组装的锌-空气电池表现出了更优的放电性能和循环稳定性。

以ZIF-8作为牺牲模板剂，利用其固有的多面体空间结构特征来抑制纳米颗粒催化剂的聚积行为，同时通过进一步引入过渡金属镍(Ni)元素对二氧化钌(RuO₂)进行掺杂，以达到优化材料电子结构，提高活性位点的本征活性的目的，从而制备出粒径为8~10 nm的高性能析氧电催化剂(Ni-RuO₂)。结果表明，Ni-RuO₂具有优异的析氧反应(OER)催化性能，超越了商业RuO₂。在碱性条件下，Ni-RuO₂在电流密度为10 mA·cm^-2时所需的过电位仅为257 mV，且具有较高的电化学活性面积、较快的电荷转移能力和良好的循环稳定性，优于商业RuO₂和未进行Ni掺杂的RuO₂。将Ni-RuO₂作为阳极进行全解水测试时，其获得10 mA·cm^-2的电流密度时仅需要1.476 V的分解电压。

以常见的廉价工业氧化石墨烯(GO)为原料，利用尿素和NaH₂PO₄在高温下热解，制备得到N/P共掺杂的还原氧化石墨烯(N/P/rGO)。N/P共掺杂使rGO的电子结构得到了优化，创造了更多的活性位点。进一步通过水热还原法将N/P/rGO构建成了具有三维网络化结构特征、负载低含量金属钌纳米颗粒的石墨烯气凝胶(Ru/N/P/rGO)。得益于N/P共掺杂、三维石墨烯气凝胶结构以及低含量、超分散的钌纳米颗粒等优势，Ru/N/P/rGO显示出了优异的析氢反应(HER)催化性能，并且具有良好的pH适应性。在碱性条件下，Ru/N/P/rGO在10 mA·cm^-2时的过电位仅为9 mV，Tafel斜率低至42 mV·dec^-1，性能远超商业化的Pt/C(30 mV，10 mA·cm^-2)。在酸性条件下，Ru/N/P/rGO在10 mA·cm^-2时的过电位为57 mV，Tafel斜率为47 mV·dec^-1，同样具有高的电化学活性面积和低的电荷转移阻抗，性能几乎与商业化Pt/C无异。