【摘 要】
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氨（NH3）是一种重要的化工产品,已被广泛用于农业、制药、能量存储等许多领域。当前的工业NH3生产主要依赖于Haber-Bosch工艺,但该工艺存在能源效率低、设备要求严格和CO2排放量大等不足。环境条件下的电化学合成NH3通常以水为质子源,由可再生能源产生的电能驱动反应进行,有效降低了能耗与碳排放量,为可持续NH3合成提供了一种绿色环保的方法。但在水性电解质体系中,竞争性析氢反应（HER）的存在
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氨（NH3）是一种重要的化工产品,已被广泛用于农业、制药、能量存储等许多领域。当前的工业NH3生产主要依赖于Haber-Bosch工艺,但该工艺存在能源效率低、设备要求严格和CO2排放量大等不足。环境条件下的电化学合成NH3通常以水为质子源,由可再生能源产生的电能驱动反应进行,有效降低了能耗与碳排放量,为可持续NH3合成提供了一种绿色环保的方法。但在水性电解质体系中,竞争性析氢反应（HER）的存在导致电化学合成NH3的整体产率和选择性较低。因此,电催化剂形貌结构的设计与电催化体系的优化对于提高催化剂的催化活性,促进其与反应物之间的相互作用,最终提高氨的产率和选择性至关重要。本文对铜基电催化剂Cu2O/Cu枝晶的形貌与结构进行了调控,并基于环境中不同的氮源:N2与NO3-,研究了其电化学合成氨性能。主要内容如下:（1）Cu2O/Cu枝晶的制备及其电催化氮气还原合成氨性能研究通过氢气泡模板法一步电沉积制备了Cu2O/Cu枝晶催化材料,探究了电沉积时间对Cu2O/Cu材料的形貌与结构及电催化氮气还原合成氨性能的影响。研究发现Cu2O/Cu的特殊枝晶结构与界面作用有效提高了催化剂的催化还原活性。在0.1 M Na2SO4电解液中,电压为-0.4 V vs.RHE时,Cu2O/Cu枝晶电催化氮气还原产氨速率为1.2×10-10 mol s-1 cm-2,相应的法拉第效率为4.7%。（2）Ru-Cu2O/Cu枝晶的制备及其电催化硝酸根离子还原合成氨性能研究鉴于N2分子中N≡N共价叁键的高解离能,选择具有相对低N=O键能的NO3-为氮源进行电化学合成氨反应研究。通过对Cu2O/Cu材料进行Ru掺杂,制备了Ru-Cu2O/Cu枝晶催化剂,探究了制备过程中电沉积溶液中Ru3+浓度对Ru-Cu2O/Cu枝晶的形貌与结构及电催化NO3-还原合成氨性能的影响。得益于Ru掺杂对枝晶取向尖端结构的优化与优化的Ru掺杂比例,Ru-Cu2O/Cu枝晶的电化学NO3-还原性能与产氨选择性得到了显著提高。在0.1 M Na2SO4+NaNO3（40 ppm NO3--N）电解质中,当电压为-0.6V vs.RHE时,Ru-Cu2O/Cu电催化硝酸根还原产氨速率为122μmol h-1 cm-2,相应的法拉第效率达到81%。
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