氨（NH3）是人类社会不可或缺的化工原料,工业上通过传统的Haber-Bosch法每年生产1.6亿吨左右的NH3,但该方法反应条件苛刻并产生大量CO2排放。电催化氮气还原（NRR）以N2和H2O为原料在常温常压下制备NH3,是一种绿色、可持续的制氨方法,但极低的法拉第效率（FE）与产氨速率限制了其规模化应用,因此需要开发高活性、高选择性、高稳定性的催化剂以实现高效电催化NRR。铜（Cu）基材料由于其独特的电子结构,在各类多电子还原电催化反应中已展现出优异的催化活性,此外其相对较低的析氢催化（HER）活性则有利于抑制HER竞争反应。聚苯胺（PANI）作为一种含氮的导电聚合物,其氮原子具有丰富的孤电子,对电催化NRR具有促进作用。本论文针对一系列Cu基材料的电催化NRR性能开展系统研究,并研究了聚苯胺的催化性质,具体研究内容如下:1.在泡沫铜（CF）上原位生长的具有纳米线阵列（NA）结构的一系列铜基材料（Cu（OH）2 NA/CF、Cu3N NA/CF、Cu3P NA/CF、CuO NA/CF和CuNA/CF）,并系统研究铜基材料的电催化NRR性能。三维自支撑结构避免了粘连剂的使用,有利于暴露更多的催化活性位点。电化学结果表明,CuO NA/CF的产氨速率最高,在-0.1 V时候达到1.84×10-9 mol s-1 cm-2;而CuNA/CF在FE最高,在-0.1 V时达到18.2%。进一步研究发现CuNA/CF的性能比CF高1个数量级,通过研究电极表面纳米线阵列的结构特性,发现其具有水下超疏气性质,能有效减少气泡在催化剂表面的粘附,从而暴露更多的催化活性位点并促进催化性能。2.在上述研究基础之上,我们采用恒电流法在CuNA/CF上电沉积聚苯胺薄膜,研究PANI的电催化NRR性能,并探讨PANI的负载量与电催化固氮性能之间的关系。结果表明,具有核壳结构的PANI@CuNA/CF-2电极具有最佳的电催化合成氨性能。在-0.5 V电位下产氨速率最高达到2.1×10-9 mol s-1 cm-2,FE为26.1%。PANI@CuNa/CF-2电极优异的电催化合成氨性能可能归因于PANI在N原子上有丰富的孤电子,能够从水合氢离子中捕获H+从而形成胺基;催化剂的核壳结构更有利于电催化反应期间的传质;导电聚合物和金属之间存在相互作用,可以实现高电导率并加速电子的转移;独特的Mars-van Krevelen催化机理有利于N2分子在其表面的竞争吸附,从而提高材料的电催化NRR性能。