氨主要用于生产化肥以维持世界人口的粮食供应,同时也是一种绿色能源载体以及替代燃料。相对于能源和资本密集型的哈伯法合成氨,温和条件下电催化合成氨由于其环保、可持续等优点,且电能可由再生能源提供,近年来备受关注。然而,由于N≡N键极高的键能(940.95 k J mol^-1)和析氢反应（HER）的竞争,设计和开发高效的氮气还原反应（NRR）电催化剂仍然是一个巨大的挑战。因此,本论文工作通过原子结构的修饰以及双金属组分协同策略,结合各种表征手段,系统开展了铂单原子及铜铁双金属电催化剂的合成、结构分析及其NRR性能与机理研究。主要研究内容如下:1.铂单原子材料的合成及其在电催化氮气还原反应的应用。利用光沉积法成功地将单分散的Pt原子锚定在WO₃纳米片上,制备了Pt SAs/WO₃催化剂。该催化剂在中性电解质（0.1 M K₂SO₄）中,呈现出优异的NRR性能。在-0.2 V vs.RHE电位下,氨产率为342.4μg h^-1 mg_Pt^-1,法拉第效率为31.1%。研究表明,负载在WO₃基底上的Pt单原子独特的电子结构对N₂具有较强的吸附和活化能力,同时能够有效阻碍H原子的吸附,抑制析氢反应的进行,从而提高反应法拉第效率。结合电化学原位红外光谱表征和密度泛函理论计算,确定了采取Pt-3O配位模式的Pt位点是氮气吸附和活化的活性中心,且通过交替加氢反应路径实现氮气还原合成氨。该工作的创新性在于,通过单原子化设计,使得被认为不适合用于NRR反应的强析氢贵金属Pt能够作为高效NRR催化剂,从而将Pt元素带回到了NRR研究领域。2.双金属CuFe催化剂的合成及其氮气还原性能。以二元金属氧化物CuFe O₂作为前驱体,在H₂-Ar混合气氛下还原,成功获得了Cu和Fe金属高度分散的双过渡金属催化材料,并首次将双过渡金属催化剂用于温和条件下电催化合成氨。通过优化焙烧温度及电化学测试条件发现,450℃下还原所获得的CuFe双金属催化剂具有最优的NRR性能,在0.1 M磷酸缓冲盐溶液（PBS）、-0.3 V vs.RHE电位下NH₃产率为3.5μg h^-1 mg^-1_cat,对应的法拉第效率为8.3%,明显优于单金属催化材料以及使用共沉淀法制备的双金属材料。该CuFe双金属催化剂的优异NRR活性归因于双金属组分间的电子协同效应、金属颗粒的高分散性、材料整体的高导电性。电化学原位红外测试进一步表明其NRR反应通过缔合路径进行。这种由二元金属氧化物衍生制备双金属催化剂的方法,能较好地保持二元金属氧化物本身的结构,避免双金属颗粒自身的团聚,从而更充分地暴露反应活性位点,为双组分过渡金属催化材料的制备提供了新的思路。