基于Haber-Bosch工艺的合成氨工业每年消耗超过1%的世界能源供应,排放超过三亿吨的二氧化碳。高温高压的Haber-Bosch工艺导致了大量的能源消耗以及负面环境影响,寻求环境友好型的氨合成方法十分迫切。利用可再生能源驱动的常温常压下的电化学氮还原反应（NRR）被认为是有望替代Haber-Bosch工艺的合成氨方法。现阶段,电化学NRR面临着产氨速率和法拉第效率低下的问题,需要进一步合理设计催化剂提高催化性能。特别地,参与Haber-Bosch工艺过程的铁基催化剂可能有着潜在的NRR电催化能力,但报道中铁基催化剂的法拉第效率普遍较低。因此,本论提出结合形貌控制和电子结构调控的协同策略,通过构筑基于铁氧化物的阵列,结合调控晶面取向或化学修饰,实现了基于铁氧化物电极的NRR催化性能的提升。具体研究内容如下:（1）以碳布为导电基底,通过水热过程和后续热处理,在碳布表面生长了Fe2O3纳米棒阵列（NAs）。Fe2O3NAs作为NRR催化电极,实现了17.28μg h-1cm-2的氨生成速率和14.89%的法拉第效率,这一结果优于大多数基于过渡金属化合物的催化性能。作为对照,论文制备了分散的Fe2O3纳米棒,其最佳法拉第效率为7.81%,最优氨生成速率为10.43μg h-1cm-2,均大幅低于Fe2O3NAs。研究表明,Fe2O3NAs优异的催化性能得益于Fe2O3单晶纳米棒沿（104）面的取向生长,从而暴露较多不饱和配位的Fe原子作为氮还原活性位点。此外,Fe2O3NAs的纳米阵列结构充分地暴露活性位点,保证有效传质,从而有助于提升表观催化活性。实验研究还表明,Fe2O3NAs具有良好的稳定性,能较长时间的循环使用,并保持性能不衰退。（2）通过水热法和后续热处理在碳布上生长了FeOOH纳米棒阵列（FeOOH NAs）和Fe3O4纳米棒阵列（Fe3O4NAs）。对所制备的阵列电极进行了结构表征和电化学性能测试,其中Fe3O4NAs催化剂的最佳法拉第效率为3.79%,最优氨生成速率为10.75μg h-1cm-2。研究结果表明Fe3O4NAs可以作为NRR的催化电极,其性能有待进一步提升。循环稳定性测试及测试后的样品表征表明该催化剂具有可重复性以及良好的稳定性。（3）在Fe3O4NAs上负载Mn O2纳米片制备了一系列复合阵列电极,调控催化电极的表面电子结构。结果表明,适量负载的Mn O2纳米片能有效地提高Fe3O4NAs对NRR的催化能力。Mn O2@Fe3O4NAs催化电极的氨生成速率在-0.4V达到极值,为22.02μg h-1cm-2,其最佳法拉第效率为19.47%。Mn O2@Fe3O4NAs的性能大幅高于Fe3O4NAs以及Mn O2NAs。论文研究表明基于铁氧化物的阵列电极具有高效的NRR催化活性,本工作为常温常压下的电催化氮气还原提供一类型成本低廉,制备简单,性能优异、稳定性强的电催化剂,另一方面也为电催化氮气还原合成氨的协同设计策略开辟了新的道路。