氨是生产农业肥料与化工产品的重要原料,是人类赖以生存和发展的重要资源。工业合成氨采用Haber-Bosch工艺,至今仍贡献超过90%的氨产量,但其在高温（350～550°C）、高压（150～350 atm）下的固氮反应每年消耗全球2%的能源,同时排放全球近2%的CO2,是设备要求高且非绿色的合成氨工艺。近年来,电催化氮气还原反应（NRR）合成氨凭借其原料丰富、设备简单、绿色环保以及零碳排放等优势,被认为是最有潜力替代Haber-Bosch合成氨工艺的新策略。然而,目前电催化NRR合成氨技术的广泛应用面临着催化剂活性低、氨选择性差以及法拉第效率（FE）低等问题。因此,开发高活性、高氨选择性催化剂是当前NRR研究的重点。非贵金属材料具有良好的催化性能,且成本较低、储量丰富。本文主要以Co、Bi为活性中心,通过适当引入二维MXene来进一步调控非贵金属基电催化剂性能,以期获得高NRR活性与NH3选择性非贵金属催化剂,具体研究内容如下:（1）利用二维Ti3C2 MXene负载Co-MOF（ZIF-67）,合成ZIF-67@MXene复合材料。二维MXene的引入很好地解决了ZIF-67导电性差的问题,二者的协同效应使其可以高效催化NRR合成氨。NRR测试结果表明,在0.1 M KOH中,-0.4 V vs.RHE最佳电位下获得最高NH3产率(110.8μg h-1 cm-2)和最高FE（20.2%）,显著优于未复合ZIF-67和Ti3C2 MXene催化剂。此外,重复5次NRR实验和12 h的连续稳定性测试均证明ZIF-67@MXene是一种稳定高效的NRR电催化剂。（2）通过将ZIF-67前驱体高温热解制得Co@C复合材料,该材料通过用高导电的纳米碳层来覆盖金属Co纳米颗粒,提供了丰富的金属活性位点,在环境条件下展示出卓越的电催化NRR活性。电催化性能结果表明,在最佳电位（-0.4 V vs.RHE）下获得最高NH3产率(79.2μg h-1 cm-2)和最高FE（11.5%）。此外,Co@C材料在电催化NRR过程中也保持了良好的重现性、选择性和稳定性。本工作证明了非贵金属Co基材料在电化学合成NH3中的潜在价值。（3）进一步将Co@C与二维Ti3C2 MXene复合,制备出Co@C-MXene复合材料,以期进一步提升Co基催化剂的NRR性能。NRR测试结果显示,在-0.1 V vs.RHE的最佳电位下,可获得最高NH3产率(22.44μg h-1 cm-2)和最高FE（31.57%）。此外,该材料还表现出卓越的NRR重现性和电化学耐久性,DFT计算表明Co@C-MXene复合材料催化剂具有出色的电导率和快速的电子传输,有助于提升其电催化NRR活性。尽管Co@C-MXene表现出的NH3产率不理想,但其极低的最佳反应电位（-0.1 V）和优异的FE对于开发高NRR活性催化剂具有重要意义,有助于推动催化NRR合成NH3的研究与发展。（4）基于金属Bi的亲N疏H特性,其在电化学合成氨中有望高效促进NRR并抑制HER。但考虑到其较差的导电性,引入了高导电的二维Ti3C2 MXene,通过液相还原法合成了Bi@MXene复合材料。测试结果表明,Bi@MXene催化剂在0.1 M KOH中、-0.4 V vs.RHE时可获得28.3μg h-1 cm-2的高NH3产率和27.2%的FE,显著优于大多数已报道的其它Bi基催化剂。同时,5次重复实验和12 h的连续稳定性测试证明了该材料具有优异的NRR重现性和电化学耐久性。本工作有望为非贵金属Bi基材料在电催化NRR领域的应用拓宽思路。结合DFT计算表明,导电性优良、对反应物N2、中间产物N2H4有较强吸附活化作用,能迅速释放产物NH3的催化剂可显著提升电催化NRR合成NH3的性能。