能源与环境问题始终伴随着科技发展,二氧化碳过度排放造成的温室效应严重危害着人类的生存环境。以可再生电能驱动、实现封闭碳循环、产生高附加值化学品的二氧化碳电还原技术是解决能源危机与全球变暖的有效手段。然而,二氧化碳电还原转化技术仍然面临:(1)催化剂活性受限;(2)电还原反应路径复杂,机理尚待进一步揭示;(3)催化剂结构与反应性能之间的联系模糊等问题。掺杂、原子空位、晶界等缺陷催化剂,其表面结构能够改变催化剂的吸附行为和化学活性,选择性地提高特定中间产物的稳定性,利于电催化反应的进行,受到了研究者们的广泛关注。纳米多孔金属在脱合金制备过程使材料产生残余应力和塑性变形。从而产生大量的晶体缺陷(如位错、孪晶和堆垛层错)。其结构往往由复杂曲率表面组成,即高指数晶面构成的丰富台阶、扭折和平台位点等缺陷,利于催化反应。因此,本文分别制备了纳米多孔金、和纳米多孔锡-二氧化锡复合催化剂,并对其结构形貌进行了详尽的表征与分析,并进行了二氧化碳电还原性能测试,试图准确理解富含缺陷的纳米多孔催化剂结构与性能之间的构效关系。具体研究内容如下:(1)通过简单的脱合金方法制备了三维双连续网状孔道结构的多孔金。球差校正电镜精确表征了其表面原子结构,其表面具有大量台阶,这些台阶位原子具有较低原子配位数。从理论计算角度,利用第一性原理模拟计算,探明不同配位环境原子对于二氧化碳电还原产生一氧化碳的难易程度。从实验角度,将具有丰富低配位数表面原子的多孔金和表面为(111)晶面的金八面体的法拉第效率进行了对比。理论和实验结果均表明具有低配位环境的金原子能够促进电还原二氧化碳为一氧化碳。(2)通过两步脱合金法,制备了纳米多孔锡/二氧化锡复合电催化剂。和一步脱合金得到的多孔锡催化剂相比,纳米多孔锡/二氧化锡复合电催化剂的比表面积和电化学活性面积得到了进一步的提升。同时,由于高密度晶界的存在,复合催化剂的催化活性位点相应增加。因此,纳米多孔锡/二氧化锡复合催化剂表现出优异的二氧化碳电还原性能。相比于多孔锡电极,该电极能够在宽电压范围内达到更高的甲酸法拉第效率,其甲酸法拉第效率在各测试电位下均高于70%。此外,该复合催化剂表现出良好的电催化稳定性,即在-0.8 V(相对于可逆氢参比电极)时电流密度和甲酸法拉第效率在长达58小时的催化反应过程中未出现明显衰减。