作为温室气体之一的CO2实际上代表了一种廉价的、丰厚的C1燃料。电化学还原CO2不仅能从源头上降低其在大气中的浓度,还能产生CO、CH4和HCOOH等燃料和化学品,被认为是一种拥有巨大发展前景的解决环境和能源问题的技术手段。然而,由于CO2的分子结构十分稳定,在温和条件下难以直接参与反应,其电化学还原过程中催化剂的作用不言而喻。因此,设计开发对CO2还原具有高催化活性、高选择性和稳定性的催化剂材料显得尤为重要,同时也是缓解能源危机的迫切需求。本论文首先采用共电沉积的方法,通过调控沉积电势,成功使Cu和Bi一步生长于衍生泡沫铜基底,构建了一系列具有可调控Cu与Bi比例的双金属一体催化剂电极,并应用于CO2电化学还原,实现了对C1高附加值产物HCOO-的高选择性和产率。同时,构建连续流MEA反应器极大提升了反应电流密度,增大了CO2转化效率。以此为基础,为进一步提高催化剂材料在反应过程中的稳定性,在不同温度下对催化剂进行氧化处理,获得一系列Cu-Bi双金属氧化物催化剂。此外,基于金属Bi的光响应特点,通过引入光源照射,在光电协同催化条件下对Cu-Bi双金属氧化物催化剂材料的CO2还原性能进行测试与评价,揭示反应效率和产物产率的变化。利用电化学方法包括循环伏安扫描（CV）、线性伏安扫描（LSV）、电化学双层电容（EDLC）、电化学交流阻抗（EIS）和计时安培曲线（i-t）等,结合SEM、TEM、ICP、XRD、XPS等谱学手段对催化剂材料的结构组成进行表征,探究了催化剂作用下CO2电化学与光电化学还原反应的机理。本论文的主要研究内容与成果简要概括如下:（1）将原始泡沫铜经预处理后获得的衍生泡沫铜作为电极基底,以三水合硝酸铜与五水合硝酸铋作为Cu源和Bi源前驱体,二水合柠檬酸钠为络合剂,尿素为光滑剂,控制Cu2+与Bi3+以1:1摩尔比配置电沉积溶液,然后在不同电势下,采用共电沉积的方法,一步合成Cu与Bi比例可调控的双金属催化剂电极。该类催化剂均以表面粗糙的球状结构为最小单元呈珊瑚状堆积生长,在-0.6 V（vs.Ag/AgCl）沉积电势对应的球状结构表面出现不规则覆盖的针状结构,有利于暴露更多活性位点,提升催化剂性能。电化学测试与产物分析表明,此类双金属催化剂均表现出CO2还原产HCOO-的催化活性。在传统H型反应器中,-0.6 V（vs.Ag/AgCl）条件下制备的催化剂可在-0.97 V（vs.RHE）还原电势下使CO2还原反应达到38.5 m A/cm~2的电流密度和94.4%的法拉第效率。此外,在连续流MEA反应器中,双金属催化剂的活性进一步得到提升,HCOO-法拉第效率可达98.3%,反应电流密度达56.6 m A/cm~2。（2）对在-0.6 V（vs.Ag/AgCl）沉积电势下制备的催化剂进行氧化处理,在相同的氧化时间内,通过控制不同的温度获得一系列Cu-Bi双金属氧化物催化剂。此类催化剂材料相较于纯金属催化剂而言,其球状结构表面的针状结构随着氧化温度的升高逐渐消失,在温度达到300℃时形成由直径约500nm的片状物堆积成的纳米花结构;当温度继续升高时,纳米片堆积结构开始出现塌陷现象。XRD数据表明,氧化温度的升高对应着明显的Bi2O3特征峰的增强,而铜及其氧化物的特征峰强度则没有明显变化,因此氧化处理对铋的氧化物形成相较于铜的影响更大。此外发现,在CO2电化学还原过程中,产HCOO-的最高法拉第效率出现的还原电势随着制备催化剂时氧化温度的升高先升后降,且300℃下制备的催化剂在-0.97 V（vs.RHE）时产HCOO-法拉第效率可达96.32%,反应电流密度为40.38 m A/cm~2。（3）在-0.6 V（vs.Ag/AgCl）的沉积电势和300℃的氧化温度下制备出Cu-Bi双金属氧化物催化剂,并将其应用于光电协同催化CO2还原反应,探究光照对催化剂CO2还原性能的影响。研究发现,在催化剂作用下,添加光照后CO2的还原反应速率比不加光时有明显提升,并且反应过程中溶液内的电荷转移电阻也有所降低。数据表明,加光照后催化剂电极表面的电化学双层电容达9.34 m F,高于无光照时对应的值,说明光电协同催化能够使催化剂表面为反应提供更多活性位点。在催化剂作用下,光电化学还原CO2为HCOO-的最高法拉第效率低于90%,而产物中CO和CH4的占比有所上升,说明光照影响了催化剂对CO2还原产物构成的调节作用。此外,催化剂中Bi氧化物产生光响应强度高于Cu氧化物,Cu氧化物有利于提升CO2还原反应的电流密度,进而使此氧化物催化剂表现出优异的光电协同催化还原CO2性能。