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氨是工、农业生产中最基本的原料,同时它也是一种理想的氢载体。目前工业上氨的生产主要依赖于高能耗以及高二氧化碳排放的Haber-Bosch工艺（N2+3H2=2NH3）。因此,鉴于日益加剧的能源和环境问题,发展温和条件下的合成氨替代技术一直是人们不懈追求的目标。与Haber-Bosch工艺相比,电催化氮还原合成氨（NRR,2N2+6H2O=4NH3+3O2）因可在温和条件下实现从水和空气直接合成氨这一热力学非自发过程,而且反应原料来源广泛,被公认为是一种极具潜力的Haber-Bosch法合成氨替代技术。然而,由于在温和条件下氮氮三键难被活化、氮气溶解度低以及强的析氢竞争反应等问题,电催化氮还原合成氨技术正面临着低产氨速率和电流效率等两大挑战。因此,本论文从高活性的氮还原催化剂的设计、析氢竞争反应的抑制等方面着手,通过电化学测试、紫外光谱分析、核磁分析、同位素示踪分析以及气相色谱分析等研究方法系统研究了电催化氮还原合成氨效率的提升策略,取得研究进展如下:1. 基于抑制析氢策略导致低产氨速率的问题,利用了高析氢活性材料深入研究氮还原加氢过程的机理,探讨了氮还原过程中氢活化的重要性和必要性,同时为电化学氮还原合成氨催化剂的选择提供实验与理论依据。2. 在验证氢活化的重要性和必要性的基础上,选用了具有析氢活性的Mo2C作为电化学氮还原合成氨催化剂,并通过调控催化剂尺寸大小提高Mo2C比表面积,从而为N2向催化剂表面扩散提供了更多的机会,有效地提高了催化剂的产氨速率及效率。3. 鉴于Mo、Fe元素均是固氮酶的中心活性位点,基于Mo2C的实验基础,设计制备了镶嵌于碳纳米片的Fe3C纳米点并将其应用于常温常压电化学氮还原合成氨,证明了Fe元素亦具有对N2吸附及活化的能力,为开发高效氮还原催化剂提供了新的选择。4. 通过理论计算预测出二元金属化合物具有比单元金属化合物更高效的氮还原活性,科学地设计并合成了一种二元金属碳化物Fe3Mo3C,通过理论与实际应用结合指明二元金属化合物在电化学氮还原合成氨中的催化潜力。5. 基于常温常压电化学氮还原合成氨系统存在N2溶解度低以及强析氢反应等问题,首次设计并建立了一套常温加压电化学氮还原合成氨系统,有效地提高N2在溶液中的溶解度以及抑制析氢反应,从而有效降低催化体系的应用电压以及法拉第效率。