氨（NH₃）作为农业肥料的重要活性氮原料,对人类人口增长和地球生态起着关键作用。它是一种高效,无碳的氢能源载体。目前,传统的Haber-Bosch工艺是工业上合成氨的主要方法,该工艺是在高温和高压下,将纯化的N₂和H₂通过铁基催化剂合成NH₃。然而,这一过程不仅是能源密集型的,而且由于温室气体的释放,对环境也不友好。电化学合成氨（NRR）被认为是一种有前途的环境友好的,可在常温常压条件下合成氨的方法。虽然它解决了Haber-Bosch过程中能量和H₂密集型的操作,但仍然面临N₂活化的挑战,因此有效的电催化剂是NRR过程的前提条件。铁作为最便宜的,最丰富的过渡金属之一,存在于三种用于生物固氮的固氮酶（MoFe、VFe和FeFe N₂ase）中,并且可作为工业Haber-Bosch过程的异相催化剂。本论文重点研究了铁基纳米材料的制备及其在电催化氮还原的应用。研究成果的要点如下:1.通过添加氟离子,经一步水热法得到了F掺杂的FeOOH纳米棒（β-FeO（OH,F））。并且研究β-FeO（OH,F）的NRR性能,研究发现,在0.5 M LiClO₄溶液中,β-FeO（OH,F）催化剂可以达到42.38μg h^–1 mg^–1_cat.的产氨量和9.02%的法拉第效率,大于FeOOH的催化性能(10.01μg h^–1 mg^–1_cat.,2.16%)。密度泛函理论计算表明这种增强源于F掺杂降低了反应能垒。2.通过水相合成法合成的FeOOH量子点修饰在石墨烯纳米片（FeOOH QDs-GS）。并研究FeOOH QDs-GS的NRR活性,研究发现,FeOOH QDs-GS可作为一种高效的氮还原电催化剂,在0.1 M LiClO₄溶液中,可以达到14.6%的法拉第效率和27.3μg h^–1 mg^–1_cat.的产氨量。此外,FeOOH QDs-GS电极也展示出了高的选择性和稳定性。3.通过控制磷的含量得到了两种磷化物:FeP₂纳米颗粒-还原石墨烯（FeP₂-rGO）和FeP-rGO。实验发现,磷在调节铁基催化剂的NRR活性方面起着重要作用。在0.5 M LiClO₄,FeP₂-rGO可获得很高的产氨量(35.26μg h^–1 mg^–1_cat.)和法拉第效率（21.99%）,优于相同条件下的FeP-rGO(17.13μg h^–1 mg^–1_cat.;8.57%)。理论计算表明,与FeP相比,FeP₂拥有更低的析氢反应的催化活性,更高的N₂吸附能,以及更多的活性位点。