氨（NH3）是世界上最重要的大宗化学品之一,也是高效的储氢载体。众所周知,以化石资源为原料的合成氨技术采用发展了一百多年的Haber-Bosch工艺,该工艺主要采用Fe基催化剂,在高温（490～510℃）和高压（15.0～32.0 MPa）条件下合成氨（N2+3H22NH3）。一些d区非贵金属元素如Co等在合成氨反应中呈现出较好的催化性能,它们表面N2的吸附能与合成氨的转化频率之间存在着“火山型”曲线关系,反应的能垒与中间物种NHx（x=0,1,2）的吸附能之间存在着限制关系。因此,要实现在温和条件（200～400℃、0.1～5.0 MPa）合成氨,关键在于设计制备出新型高性能的催化剂来打破N≡N键的解离活化能和中间物种键能之间的限制关系。因此,本文致力于通过三个方面制备具有双活性中心的Co基催化剂,来打破氨合成反应的N2分子的解离活化能和中间物种键能之间的线性关系,实现低温和低压下的氨合成。并通过扫描电镜（SEM）、X射线粉末衍射（XRD）、和原位X射线光电子能谱（In situ XPS）等表征手段系统研究了催化剂的结构和性能之间的构-效关系。具体研究内容如下:（1）Ru-Co双活性中心钙钛矿催化剂的制备及低压下氨合成性能的研究通过溶胶-凝胶法合成了La Co1-xRuxO3钙钛矿（x=0,0.01和0.02）催化剂,结果表明,Ru掺入到La Co O3晶格中,其平均晶粒尺寸减小,还原性提高。450℃和1 MPa下,当Co与Ru的摩尔比为0.98:0.02时,La Co0.98Ru0.02O3催化剂的氨合成速率为10.5 mmolNH3·g-1cat·h-1,反应50 h,催化剂活性未明显降低。而通过浸渍法制备的Ru/La Co O3催化剂的氨合成速率从8.05 mmolNH3·g-1cat·h-1逐渐下降到7.15 mmolNH3·g-1cat·h-1。此外,La Co0.98Ru0.02O3催化剂中Ru与Co物种之间存在较强的协同效应,催化剂表面存在较多的Ruδ+团簇和Co2+物种为N2吸附和活化提供了反应场所。（2）Co-N基催化剂的设计制备及N物种在合成氨反应中的作用研究利用Co金属包裹的有机骨架材料为前驱物,采用焙烧的方式制备了N掺杂的碳负载的Co基催化剂（Co@NC）。系统研究了焙烧的温度和助剂的类型对Co@NC催化剂的影响,发现500℃焙烧和助剂Ba的引入,获得的Ba-Co@NC催化剂在250℃和1 MPa下的NH3合成速率为1.7 mmolNH3·g-1cat·h-1。相比于Ba-Co@C和Ba-Co3O4催化剂,N的引入起到三个方面的作用。第一,N可以稳定Co的纳米粒子,形成Co-N配位,获得具有较小颗粒的Co纳米颗粒。第二,结合相关表征和DFT计算结果,发现NH3合成过程中掺杂的N物种可能参与了两种不同的电子转移路径,一是掺杂N物种向Co-NPs的强电子转移,进而导致Co-d轨道的电子密度增加,并促进了Co的3d轨道的电子向N2的π*轨道的反捐赠;另一种是掺杂N物种诱导电子从N直接转移到N2的π*轨道,这是一种新发现的电子转移路径。第三,我们通过H2脉冲,表面等温反应,发现掺杂的N物种可以直接与H2反应,通过化学链合成氨路径生成NH3,并同时产生N缺陷位,在N2+H2的氛围下吸附气态的N进行补充。基于上述原因,N2在催化剂表面的吸附能显著降低,催化剂的低温NH3合成性能大大提高。（3）具有动和稳态双活性位的Co-N-C单原子催化剂的制备及温和条件下氨合成性能的研究我们合成出比表面积为543 m~2/g的N掺杂的石墨化炭载体,负载了3.73wt.%Co,AC-STEM表征分析发现Co以原子形式分散在载体上。催化剂在350℃和1 MPa条件下,NH3生成速率达116.35 mmol·gCo-1·h-1。我们利用系列表征方法并结合DFT+U理论计算证实稳态的Co1-N3.5位点上N2先吸附,后逐步加氢获得*HNNH、*NH-NH3和*NH2-NH4。最后,通过*NH2-NH4键的断裂很容易生成NH3。另外一方面,原子分散的Co与吡啶N弱配位,形成动态的Co-Nx位点（0＜x＜1.8）通过化学循环途径与表面H2反应生成NH3。Co-N-C催化剂中动-稳态双活性中心,为N2活化提供了一种全新的路径,促使合成氨反应绕过了BEP限制性关系,实现温和条件下合成氨。