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氨(NH3)在现代工业和农业生产中起着至关重要的作用。目前,哈伯工艺法是最有效的合成NH3方法,但它具有高能耗和低环保的缺点。作为合成NH3的一种策略,氮气(N2)电还原反应(NRR)具有很大的潜力,因为该方法具有由可再生能源驱动以及丰富的原料等优势。这对于能源的可持续发展及绿色化学具有很大的现实意义。此外,由于具有d轨道的金属纳米材料可以很容易地将电子提供给N≡N三键轨道,增强N2吸附并减弱N≡N三键的稳定性,从而实现N2的有效活化转化。但是,对其进行有效的可控合成仍然具有很大的挑战。因此,需要合理设计并优化金属纳米材料来提高NRR的活性、选择性和稳定性。本论文中,我们介绍了不同相结构的PdCu纳米颗粒、表面结构可调的Pt3Fe纳米晶和组分各异的MoFe纳米带的可控合成,并探究了其NRR性能。主要内容概括如下:第一章:简要介绍NRR的研究进展、反应机理、反应路径以及催化剂设计的策略,并阐明本文的选题依据和研究内容。第二章:目前已报道的NRR电催化剂大多属于无序相结构。相反,具有有序原子排列、强电子相互作用以及高混合焓的有序相结构可以调控催化剂的电子结构以实现催化性能的提升。因此,我们通过热处理方式成功地将无序相结构PdCu催化剂转变成有序相结构PdCu催化剂。相较于无序相结构PdCu催化剂,有序相结构PdCu催化剂在NRR过程中表现出强N2结合能力和较低反应能垒,因此具有更优异的NRR活性和稳定性。第三章:目前已报道的NRR催化剂大多数是颗粒,暴露的表面结构比较复杂。相反,具有明确表面结构的纳米晶可以用作理想的模型电催化剂,可从根本上理解表面结构与催化活性之间的关系。因此,我们制备了不同表面结构的Pt3Fe纳米晶。其中具有高指数晶面的Pt3Fe纳米线在NRR过程中表现出缓慢的析氢反应动力学和强N2结合能力,确保其活性优于{200}晶面的Pt3Fe纳米立方体和{111}晶面的Pt3Fe纳米棒。第四章:目前具有优异活性的NRR催化剂大多数为贵金属催化剂,但是高成本问题严重限制其广泛应用。近年来研究重点逐渐转向非贵金属催化剂。受MoFe固氮酶催化的生物固氮的启发,Mo和Fe组分具有优异的N2结合能力。此外,为了增加活性位点数量,有必要构建具有高比表面积的新颖结构。因此,我们制备了具有高比表面积和众多活性位点的Mo3Fe纳米带催化剂,其在NRR中表现出优异的活性和稳定性。