氨（NH3）不仅是制备工业上含氮化学品和含氮肥料的主要原材料,而且是一种重要的储氢载体,在人类生活中起着非常重要的作用。目前工业上合成氨主要采用传统的Haber-Bosch工艺,其反应条件非常严苛（400～600°C,20～40 MPa）。据统计,工业合成氨产业每年耗能量占全球总耗能的1～2%,且每生产1吨氨会排放1.5吨二氧化碳（CO2）。由于可再生能源的使用以及高效储能作用,利用电解驱动使氮气（N2）和氢气（H2）反应生成氨而实现绿色氨合成的Haber-Bosch（e HB）工艺受到了极大的关注。实现绿色氨合成工艺的关键是降低氨合成的反应条件,开发可以在温和条件下（200～400°C,0.1～3 MPa）高效运行的催化剂。然而,NH3合成的主要瓶颈是催化剂上N2解离吸附与表面含N中间产物的脱附之间存在Br?nsted-Evans-Polanyi（BEP）限制性关系,这导致催化剂在温和条件下不能高效催化NH3合成。为了解决这个瓶颈,本文设计了不同结构的Ru-Co双金属催化剂,实现在温和条件下合成氨的目标。具体内容如下:1.通过共沉淀法设计制备了一系列以N掺杂C为载体,不同Ru/Co摩尔比的RuxCoy（x:y=0.6:1,0.8:1,1:1,1.7:1和2:1）合金催化剂。透射电子显微镜（TEM）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）谱等表征结果表明催化剂中Ru纳米簇与原子分散的Co形成了Ru Co单原子合金催化剂。Ru纳米簇的粒径随着Ru/Co摩尔比的增加而增大,同时催化剂的氨合成性能也随着粒径变化而变化。当Ru/Co摩尔比为1.7:1时,催化剂氨合成速率最高。在400°C,3MPa条件下,Ru1.7Co1的氨合成速率可达10.6 mmolNH3·gcat-1·h-1,并且反应100 h后,其催化活性并未发生明显的降低。继续增加Ru/Co摩尔比反而使催化剂的氨合成速率降低。通过X射线光电子能谱（XPS）和X射线吸收近边结构光谱（XANES）等表征分析发现Ru1.7Co1催化剂具有优异的氨合成性能是因为Ru和Co之间存在强的电子相互作用,影响电子的转移和捐赠,促进N2的活化,从而提升催化剂在温和条件下的氨合成性能。2.将原子分散的Ru引入与吡咯N配位的Co单原子上形成Ru Co双单原子活性位点。在该体系中,Ru和Co的d带中心均发生改变,从而解耦了限制性关系。实验和理论研究表明,Ru和Co的d带都变窄,并且t2g和eg轨道存在显著的重叠,形成了几乎均匀的Co 3d配位场,使Co原子的电子结构类似于“自由原子”。“自由Co原子”作为桥梁,促进电子从吡咯N转移到Ru单原子表面,从而Ru原子向N2的反键π*轨道捐赠电子,促进N2的吸附和活化。同时,密度泛函理论计算研究表明:H2在Co活性位点解离吸附形成氢物种,该氢物种可转移到Ru位点上与活化的N2逐步加氢反应生成N2Hx（x=1～4）中间物种,N2加氢生成N2H为反应的决速步骤。紫外光电子能谱（UPS）及投影态密度计算（PDOS）等结果表明,相比于单Ru或单Co金属催化剂,Ru Co双单原子催化剂中存在较窄的d带,使催化剂在50°C时也能促进表面吸附的*NH3的解吸。Ru Co双单原子使N2活化、*NH3及*N2Hx中间体的脱附发生在不同的活性位点,因此BEP关系解耦,从而为在温和条件下高效合成NH3提供了有利的途径。