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随着“碳达峰、碳中和”战略目标的实施,发展可再生电力驱动的电化学二氧化碳还原技术,是解决能源与环境问题,促进社会可持续发展的关键。然而,强的C=O双键使CO2分子呈惰性。因此,设计用于CO2还原反应（CO2RR）的高效电催化剂是实现我国“双碳”目标的一大挑战。在目前所报道的CO2RR电催化剂中,双金属中心单原子材料因其金属利用率高、催化性能强等特性引起了表面科学研究者们的关注,但要想进一步实现具有合适电子特性的双金属催化剂的合理设计,高选择性地获得特定还原产物,仍存在以下科学问题:（1）双金属催化剂催化CO2RR的反应机理和构效关系尚不明确;（2）双金属催化剂活性位点的配位环境和双金属种类对催化性能的影响尚不清楚。因此,本论文选取石墨烯和石墨氮化碳两种基底来锚定双金属中心单原子,通过密度泛函理论（DFT）,系统的研究了一系列双金属中心单原子-氮-碳材料和嵌入双金属中心的单原子氮化碳材料电催化CO2还原的机理,探究了活性位点的配位环境和双金属种类与其电催化CO2还原的构效关系。具体研究内容如下:1.双金属中心单原子-氮-碳材料电催化CO2还原反应的计算研究:通过DFT计算系统地研究了活性位点具有不同双金属和不同配位环境（金属与氮的配位数2–4）的双金属-氮-碳材料（M1/M2-N6-Gra,Model 1、Model2和Model 3）电催化CO2还原为CO的催化性能。计算的形成能表明高配位的催化剂在热力学上更稳定。通过计算CO2RR反应路径的吉布斯自由能变化以及氢析出反应（HER）的选择性,我们确定了催化剂活性位点的双金属和配位环境显著影响CO2RR的活性和选择性:低配位的催化剂对*COOH和*CO的吸附很强,CO较难从催化剂表面脱附,CO2RR的催化活性较差;高配位的催化剂*COOH和*CO吸附能力适中,有出色的CO2还原为CO的活性。此外,由于异金属间的协同作用,大部分异核M1/M2-N6-Gra的CO2RR活性增强,并且协同作用随着配位数的增加而有效提高。特别的,使用CO2RR和HER的极限电位差作为选择性描述符,我们筛选出了Co/Zn、Fe/Zn、Mn/Zn和Fe/Mn-N6-Gra（金属与氮的配位数为4,Model 3）四种催化剂,它们的极限电位分别为-0.20、-0.24、-0.26和-0.26 V,远低于Cu（211）表面（-0.46 V）。本工作为合理设计用于CO2RR的高效双金属-氮-碳材料提供了理论见解。2.嵌入双金属中心的单原子氮化碳材料电催化CO2还原反应的计算研究:通过DFT方法探索了九种嵌入双金属中心的氮化碳材料（M1M2-C3N4）电催化CO2还原为C1和C2产物的活性和选择性。通过计算CO2RR的C-C偶联过程以及决定C1、C2产物选择性的关键步骤能垒,我们确定了双金属中心能够进行C-C偶联,并且明确了通过*CO+*CO偶联的催化剂（Cu Cu、Cu Ni和Ni Mn-C3N4）具有C2产物选择性,通过*CHO/*COH+*CO偶联的催化剂（Cu Mn、Cu Fe、Cu Co、Ni Fe、Ni Co和Ni Ni-C3N4）具有C1产物选择性。具有C1产物选择性催化剂的详细C1反应路径研究表明,Cu Mn-C3N4具有CH3OH选择性,Cu Fe-C3N4具有HCOOH选择性,而Cu Co、Ni Fe、Ni Co和Ni Ni-C3N4具有CH4选择性。特别的,使用先前报道的Cu-C3N4和Cu（111）的CO2RR和HER的极限电位作为基准,我们筛选出了五个有前景的用于CO2RR的双金属催化剂体系,即Cu Cu-C3N4（-0.45 V）和Ni Mn-C3N4（-0.66 V）是最有前途的生产C2产物的电催化剂,Cu Mn-C3N4（-0.63 V）可用于生产CH3OH,Ni Ni-C3N4（-0.50 V）和Ni Fe-C3N4（-0.56 V）可用于生产CH4,并且这些催化剂在500 K下均具有高的热稳定性。本工作为M1M2-C3N4催化CO2RR的实验研究提供了理论依据。