当前,基于“双碳”目标的需求和对于环境保护的重视,新能源的开发已亟不可待。以电催化二氧化碳还原、电解水制氢和电催化还原氮气为代表的能量转化反应因其能够有效对二氧化碳固定的同时减少温室气体,还能产生乙烯、甲酸、甲醇等有益的碳氢化合物,获取高质量密度的清洁氢能和固氮获得氨气,已成为新的研究热点。其中,多相催化最重要的任务是设计高效的催化剂以克服实际催化反应中的动能障碍。贵金属电催化剂由于其独特的电子结构而具有较高的固有催化活性,表现出优异的还原性能。然而,贵金属催化剂价格昂贵和储量珍稀制约了其在商业上的应用。因此,降低贵金属基负载的电催化剂是降低成本的有效途径,但必须增加金属原子的利用率以保持催化剂的原始活性。近年来,多原子催化剂作为双原子催化剂的一种延伸而成为了多相催化领域新的关注热点。相较于单原子催化剂,双原子和多原子催化剂因其原子分散的特性,能够提供更多活性位点而保持较高的原子利用效率,多个金属原子之间协同作用能有效降低关键步骤的反应势垒,电催化提供了更多的机会从而获得更好的选择性和催化活性。此外,还可以通过制备合金-氧化物复合型的纳米电催化剂,通过对于催化剂载体结构进行调控以及利用负载金属原子间的协同效应,从而提高催化活性和稳定性。以此作为基础,本论文的研究内容主要包括以下几个方面:（1）利用课题组自建的基于磁控溅射和气体冷凝法的质量选择型团簇束流装置,用以制备出原子数目精确可控的Cu多原子催化剂,并将其分别负载至碳纸和玻碳片作为阴极催化剂以测试电催化还原反应的催化性能。研究结果显示,Cu多原子催化剂表现出优异的电催化性能,随着Cu原子数从1增加至5其电催化析氢性能有了明显的增强并显示出Cu4＞Cu5＞Cu3＞Cu2＞Cu1的催化活性顺序,其中Cu4的起始电位为-0.21 V和在-0.4 V时的归一化电极电流为0.353 m A·ng-1而展现出最佳的催化性能。此外,Cu多原子催化剂在二氧化碳还原反应中可以有效地促进多碳产物的生成,其中Cu4作为催化剂还原二氧化碳生成的碳氢化合物转换效率均达到最大,与之前所证明Cu多原子催化剂的析氢反应的变化趋势相同,也表现出了优异的还原二氧化碳的性能。因此,说明了Cu多原子催化剂结构因其显著尺寸效应在电催化析氢和二氧化碳还原反应中表现出优异的催化活性。（2）通过调控水热时间制备出了一系列不同结构的CeO2颗粒,然后选取了均匀、分散性好且表面稀松的CeO2纳米球结构,最后通过光还原法将Pd、Cu金属进行沉积从而制备出Pd Cu/CeO2复合电催化剂。经进一步对CeO2纳米颗粒进行表征和计算证实了其表面粗糙且具有特殊的孔道结构,因此担载的Pd Cu合金主要存在于CeO2的孔隙和表面并在光沉积后依旧为均匀的Pd Cu/CeO2纳米球结构,且负载前后CeO2的颗粒尺寸没有发生很大变化。对Pd Cu/CeO2纳米球催化剂的电催化产氨性能进行了测试,结果发现Pd Cu/CeO2在-0.15 V（vs.RHE）时,产氨效率高达1580.19μg·h-1·mg-1,与之对应的法拉第效率也能达到48.79%,显现出Pd Cu/CeO2纳米球优异的选择性和催化活性。同时Pd Cu/CeO2纳米复合催化剂在电化学还原氮气测试中也显示出了良好的稳定性。原因在于载体CeO2中富含大量的氧空位能够提供较多的活性位点且具有特殊的孔道结构而使得负载的Pd Cu合金主要存在于CeO2的孔隙内,以及CeO2与Pd Cu以及Pd金属与Cu金属之间的协同作用有利于电子的扩散与转移,使得电催化还原氮气的催化活性得到了显著增强。