随着人类社会的日益进步,化石燃料的使用与日俱增。目前,随着化石燃料的储存量越来越少,人类的发展面临着巨大的难题;同时化石燃料的大量燃烧给自然环境带来了负面影响,如NO_x、SO_x等会造成酸雨以及大量的CO₂富集在空气中会造成“温室效应”。为了缓解这些不利影响,需将CO₂转化为燃料或化学品,以实现能源从今天的“化石燃料经济”向可持续发展的“二氧化碳经济”的转变。电化学还原CO₂相较于其他转化途径有诸多优势,如:（1）可利用无碳可再生能源,其环境兼容性很好,不会造成二次碳排放;（2）可在环境温度和压力下运行;（3）可通过调整外部参数（如电解质和外加电压）来控制反应;（4）易于扩大应用。本论文采用简单方法制备了Bi基和Co基催化剂,探究其在水溶液中电化学还原CO₂的性能。具体内容如下:（1）通过水热合成法合成了球状前驱体Bi₂O₂CO₃（BOC）,然后分别在300、400和500°C下煅烧,分别形成Bi₂O₃-1、Bi₂O₃-2和Bi₂O₃-3三种Bi₂O₃样品。将制备的前驱体和Bi₂O₃样品分别修饰在玻碳电极上原位还原成金属,研究Bi基催化剂电催化还原CO₂的性能。结果发现,不同煅烧温度得到的Bi₂O₃晶体结构随温度升高由六方晶系的?-Bi₂O₃逐渐转变为单斜晶系的α-Bi₂O₃。随着煅烧温度升高,还原后的催化剂电催化还原CO₂的性能随之提高。500°C焙烧的r-Bi₂O₃-3对电催化还原CO₂制甲酸盐的性能最佳。在-1.6 V（vs.Ag/AgCl）的电位下,r-Bi₂O₃-3电极上电化学还原CO₂制甲酸盐的过电位为0.99 V,法拉第效率为95%,电流密度为17 mA cm^-2。因此,通过调控Bi基催化剂的晶型结构可能是改进催化剂活性的一条新的途径。（2）研究不同阴极催化剂（r-Bi₂O₃-3或Sn箔）、阳极催化剂（Pt片或Ir/C）以及阳极电解液（0.1 M的KHCO₃、0.1 M的KOH、1 M的KOH）的改变对反应体系槽电压以及能量效率的影响。结果表明,采用电催化还原CO₂活性更高的r-Bi₂O₃-3阴极电极的能量效率比传统Sn电极高,采用电催化析氧性能更好的Ir/C阳极电极的能量效率比Pt电极高。说明高活性的阴极催化剂和高活性的阳极催化剂的应用都可以提高体系能量效率。在阴、阳极电解液均为0.1 M的KHCO₃水溶液时,采用r-Bi₂O₃-3阴极催化剂和Ir/C阳极催化剂的体系槽电压为2.83 V。在r-Bi₂O₃-3‖Ir/C催化剂体系中,当阳极电解液用0.1 M的KOH代替0.1 M的KHCO₃时,反应的槽电压降低,而且槽电压随KOH浓度的增加可进一步降低,在1 M的KOH阳极电解液中,电化学还原CO₂制甲酸盐的槽电压最低为2.06 V,能量效率达到65.9%。能量效率的提高可以推动电化学还原CO₂的工业化应用。（3）采用溶剂热法合成了含有CO₃^2-基团的Co（CO₃）_0.5（OH）?0.11H₂O纳米线,研究此催化剂电化学还原CO₂的性能。研究发现,Co（CO₃）_0.5（OH）?0.11H₂O在0.1 M的NaHCO₃电解液中电化学还原CO₂得到的液体产物中是甲醇。在-0.85V（vs.Ag/AgCl）的电位下的法拉第效率最大为68%,电流密度为0.3 mA cm^-2,过电位仅有260 mV。对于这种新型催化剂的催化机理我们猜测其中的CO₃^2-可能作为反应中间体参与反应,生成产物后产生的空穴可以用来稳定吸附CO₂分子,从而促进反应进行,降低了反应过电位。Co（CO₃）_0.5（OH）?0.11H₂O的研究为含CO₃^2-基团的催化剂电化学还原CO₂提供了新的思路。