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由于不可再生化石燃料的不断消耗,日趋严峻的能源危机和环境污染促使人类寻找可持续的、环境友好的能源转换系统以满足巨大的能源需求。电化学能量转换系统包括氧还原(ORR)、二氧化碳还原(CO2RR)等被研究用于替代化石燃料并减少环境污染。然而,能量转换效率低是目前存在的最大挑战。具有高活性、耐久性和高选择性的电催化剂是提高能量转换效率的关键。IB族金属由于其价廉易得等优点备受关注。基于IB族金属的纳米材料包括金属、金属化合物、合金等已经被广泛应用在CO2RR和ORR方面,但是这些材料的催化活性以及稳定性仍有待进一步增强。本文设计合成了磷酸银衍生的多孔银(PD-Ag)、负载在氮掺杂多孔碳上的铜原子簇(Cu ACs/NPC)以及不同形貌的磷酸银(Ag3PO4)催化剂。通过多种表征手段(如扫描电镜(SEM),X射线粉末衍射仪(XRD),X射线光电子能谱仪(XPS)等)对这3种材料进行了形貌和结构的表征,并通过电化学工作站对这些催化剂催化CO2RR和ORR的性能以及催化机理进行了探索。主要研究内容及结果如下:(1)使用快速简单的电还原方法制备了磷酸银衍生的银(PD-Ag)催化剂,具有粗糙表面的PD-Ag能够将CO2选择性还原生成CO。在-0.7 V(vs.RHE)的工作电势下,CO的法拉第效率(FE)可达97.3%,对应的电流密度为-2.93 mA cm-2。与多晶Ag(银箔)相比,PD-Ag的电化学活性面积(ECSA)增加了 19倍。此外,PD-Ag在10小时的电解过程中表现出出色的稳定性。PD-Ag和银箔以及银纳米粒子的对比实验证明:PD-Ag催化活性的增强来自其类似珊瑚的表面,不仅可以提供大量的活性位点,还可以在较低的过电势下稳定CO2-中间体。(2)利用ZIF-8辅助的热解方法合成了分散在氮掺杂多孔碳基底上的铜原子簇(Cu ACs/NPC)。该催化剂显示出优异的二氧化碳还原活性和对CO的高选择性。CO的法拉第效率(FE)在-0.5 V(vs.RHE)的低电势下可达到93.2%,相应的CO部分电流密度达到-5.09 mA cm-2。与负载在氮掺杂多孔碳上的Cu纳米颗粒(Cu NPs/NPC)以及负载在氮掺杂多孔碳基质上的大尺寸Cu(Bulk Cu/NPC)相比,Cu ACs/NPC对CO的选择性最高且CO部分电流密度分别提高了 46倍和1159倍。进一步结果证明了 Cu ACs/NPC的结构使其具有较大的比表面积和有效电化学活性面积,能够增强CO2吸附能力。此外,原位X射线吸收光谱(XAS)表明Cu ACs/NPC催化剂在CO2RR过程中会发生Cu2+-Cu0的转换,这种转换能够促进CO2还原为CO。因此Cu ACs/NPC催化剂优异的催化性能可归因于其有利的结构和可调的化学价态。(3)采用简单的化学沉淀法合成了具有立方体、十二面体以及类四面体形状的磷酸银(Ag3PO4)催化剂。其中,十二面体的Ag3PO4表现出最佳的ORR性能。其起始电位(Eonset)和半波电位(E1/2)分别位于0.93 V(vs.RHE)和0.79 V(vs.RHE)。在1600 rpm的转速下,其极限电流密度可以达到6.68 mA cm-2。改进的电催化性能可以归因于其暴露的(110)晶面有利于促进银表面氧分子的吸附和进一步还原。此外,通过在碱性电解质溶液中的12小时I-T测试,菱形十二面体Ag3PO4表现出优异的稳定性。抗甲醇毒化测试也证明了该催化剂较强的抗甲醇毒化能力,能够应用到甲醇燃料电池中。