生物代谢的核心是碳在不同氧化态之间转换以存储和释放能量以及合成功能分子。同样,碳的循环转化是人类工业社会新陈代谢的中心。在自然生物代谢中,细胞呼吸产生的CO2可以由植物光合作用消耗,而CO2的消耗到目前为止是人类“工业代谢”中尚缺的部分。随着各国经济发展的需要,全球的能源消费持续高涨,其中化石燃料在能源体系中仍占主导地位,由此带来的环境问题变得愈加严峻。因此开发新型的能源技术是世界可持续发展的主题。甲醇可以用木质纤维素经蒸馏获得,是植物纤维转化的绿色能源之一。直接甲醇燃料电池（DMFC）具有结构简单、能量密度高和低污染等特点,近年来受到了广泛研究关注。金属铂（Pt）被认为是DMFC中甲醇氧化（MOR）最高效的催化剂,然而除了高成本以外,Pt基材料极易受到甲醇氧化中间体CO的影响而发生中毒现象,极大制约了其催化稳定性。因此,开发替代Pt基催化剂是甲醇氧化的研究重点。电催化二氧化碳还原（CO2RR）能将间歇性可再生能源电力储存在有价值化学品的化学键中,减少化工业对化石能源的依赖,为关闭人为碳循环提供了一条有利途径。电催化CO2还原的技术核心是催化剂的设计,其关键是最大程度地减少能量输入,实现最终产品的高效率和高选择性。尽管人们付出了巨大的努力并取得了一些显著的进步,但迄今为止,最先进的CO2RR催化剂在活性,选择性和稳定性方面仍差强人意。IB族过渡金属在上述两个催化反应中都具有广泛的应用。催化反应与金属表面结构,电子状态和组分等紧密相关。不同结构形貌、尺寸和表面原子排布等的同一种金属基催化剂在同一种类型的催化反应中可以表现出截然不同的催化活性。本文通过对IB族金属纳米材料的精确设计,对MOR和CO2RR存在的问题提供了以下解决思路和策略。具体内容如下:（1）鉴于Pt基材料易受CO毒化,通过简单的一锅法合成了缺陷丰富的超薄八面体双金属Au3Ag纳米框架,并详细地阐明了其形态演变和形成机理。大量的结构表征显示,丰富的晶体缺陷会导致金属的原子配位数降低和局部电子结构变化。电催化MOR时,Au3Ag纳米框架表现出卓越的性能,具有3.38 mA cm-2的高比活度,是商业Pt/C的3.9倍。另外,一氧化碳反常理地促进了Au3Ag纳米框架上甲醇氧化活性。d带中心理论和密度泛函理论（DFT）计算结果表明这种现象的产生主要是因为富缺陷表面上反应途径的改变和增强的OH-共吸附。（2）鉴于纳米框架结构在众多催化反应中表现出优异的活性。不同于（1）研究结果,通过开发一种水相合成体系,以近100%的产率获得超薄立方体Ag3Au双金属纳米框架,其表面更加清洁。通过透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）展示了其在生长过程中形态的演化轨迹。球差矫正透射电子显微镜（Cs-TEM）结果显示Ag3Au纳米立方体上具有丰富的缺陷位点,这些缺陷位点在电催化CO2中展现出极高的活性,其CO选择性高达97%,并保持10小时选择性不衰减。（3）为了打破中间体结合的线性比例关系并最小化CO2还原反应（CO2RR）的动力学能垒,通过制造三元Cu-Au/Ag纳米框架来分别调控CO的生成和C-C耦合两个关键步骤。合金化的Ag/Au基底极大地促进了前者的生成,而高应变和带正电的Cu结构则高效地促进了后者。因此,在H型电解池（H-cell）和流动池（flow-cell）中产生的C2H4的法拉第效率分别为69±5%和77±2%,且具有出色的电催化稳定性。原位红外光谱和DFT计算揭示了产生C2H4的两种竞争途径,其中CO的直接二聚在热力学上更易发生。（4）甲烷不仅是人类生产活动中重要的原料,也是主要的温室气体,使用可再生电力作为能源输入,通过电催化CO2RR获得可再生甲烷可以实现全球减碳计划。但是,在商业要求的电流密度(＞100 mA cm-2)下,甲烷的CO2RR选择性仍然较低。本文合成了三种不同空腔尺寸的Ag@Cu2O纳米巢室,通过调节空腔尺寸的大小,有效地调节CO覆盖度和*H的吸附,从而控制CO2RR催化反应路径。在flow-cell中,在-1.2VRHE下,实现了高达74±2%的甲烷法拉第效率,178±5 mA cm-2的甲烷部分电流密度。