当前,将二氧化碳（CO2）转化为可利用的能源物质,以此来解决能源短缺与全球变暖这两大问题,无疑是最契合“碳中和”主旨的解决方法,而在所有的CO2转化方法中,利用电化学的方法将CO2转化为可存储的化学能被认为是最具有前景的绿色能源转换途径。然而,由于CO2分子十分稳定使得其断键和活化都需要消耗很大的能量,加上还原反应过程中多个质子将伴随多电子共同转移,使得电催化还原CO2（CO2RR）不仅反应动力学缓慢,还存在较高的还原过电位。其次,电催化还原CO2体系中不仅存在严重的析氢竞争反应,还包含了C-O键断裂、C-H、C-C键的生成等问题,这使得还原产物的组分繁杂难以提纯分类,提高了在工业化生产应用中的技术限制与成本。因此,本论文以贱金属碳掺杂的材料为基础,通过固相热解法设计并合成了不同的单原子催化剂,分别从低反应过电位和高选择性这两个的角度来证明催化剂活性中心的微观结构与宏观反应活性间的构效关系。具体研究内容和结论如下:（1）以硫脲为S源、Ni为活性金属,而一水合柠檬酸为碳源和金属螯合剂、三聚氰胺为氮源,通过固相热解法可控合成了S,N共掺杂碳为载体的Ni单原子电催化剂（Ni SAs/NS-C）,并探究了S的引入对材料结构以及在CO2转换中对催化性能及反应机理的影响。球差矫正的高角环形暗场扫描透射电子显微镜测试和X射线吸收测试结果表明Ni与N配位并以单分散的形式存在的,并结合实验结果对Ni SAs/NS-C的Ni SAs活性结构单元进行推测,即S与N毗邻、Ni与N配位形成稳定的Ni-N4-S1的配位活性中心。电催化性能测试结果表明了S的引入使得Ni SAs/NS-C在相对较低电位下表现出比Ni SAs/N-C具有更高的CO2转化效率和CO选择性。通过电化学表征及理论计算（DFT）的结果证明了由于S的引入打破了Ni SAs周围原有电荷均匀分布的状态,使得Ni SAs表面呈现富电子状态,这不仅有利于CO2的吸附还有效的降低了活性中心对中间产物的活化反应自由能,继而大幅度的提高了催化剂在相对较低电位下的CO2RR反应活性。（2）以一水合柠檬酸为碳源和金属螯合剂、尿素为氮源、Cu为活性金属,通过简单的固相热解法经酸浸处理可控合成了以N掺杂碳为载体的Cu单原子电催化剂（Cu SAs/N-C）。电催化性能测试结果表明与未经酸浸处理的Cu NPs/N-C相比,Cu单原子催化剂显示出相对较优的CO选择性和CO2转化效率。电化学表征测试表明Cu SAs/N-C具有比Cu NPs/N-C更高的电流密度以及在同等区域下Cu SAs/N-C具有更高的活性位点使其具有更高的CO2转化效率。其次XPS表征说明了以传统+2价的Cu基电催化剂不同的是,Cu SAs/N-C电催化剂中Cu单原子的价态是介于0与+2两者之间的。低价Cu的存在有利于金属活性位点Cu对CO2的吸附并且更有效的活化为*CO中间体,使得Cu SAs/N-C相比于Cu NPs/N-C具有更高的CO选择性。本论文基于低的反应过电位和高选择性还原两个角度,设计并可控合成了单原子电催化剂,阐述了活性中心的结构与性质对催化还原CO2的影响机理,无论是对催化剂的可控合成还是对电催化还原CO2的理论研究都具有一定的参考价值。