随着化石燃料的过度燃烧以及污染的持续加剧,诸如海水酸化和气候变暖等问题逐渐显现,因此人们开始日益关注大气中CO2的浓度。由于电催化CO2还原（CO2RR）的反应条件温和以及产物可调等优点,成为解决能量和环境问题最为火热的研究领域。近些年,由于碳基材料具有成本低、化学和机械稳定性良好、电导率高和有效抑制析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction（HER））等优点而被广泛用于CO2RR。其中,杂原子掺杂（B、P和N）可以有效地改变碳基材料电子结构并提高CO2RR的选择性和活性。其中由于N原子具有独特的优势而被广泛应用于碳基材料的掺杂元素。然而,目前还缺乏掺杂N物种与CO2RR性能之间明确的对应关系。因此,本论文旨在合成具有成本低、优异的化学稳定性的氮掺杂碳基催化剂并将其用于电催化还原CO2,并进一步探究催化剂结构与CO2电催化反应性能之间的关系。（1）在本部分中,通过密度泛函理论计算,首先证明了吡咯N的本征活性足以有效催化CO2RR,但由于与相邻吡啶N位点的相互作用,吡咯N的活性被显著抑制。此外,进一步通过实验制备了不含吡啶N的无金属氮掺杂碳球（Nitrogen-doped Carbon Sphere（（NCS）））作为CO2RR电催化剂。NCS中的吡咯N与CO2RR的性能呈直接正相关,表明其可以成为活性中心。性能最佳的NCS可在CO2RR中产生范围较宽的合成气（CO/H2（0.09～12））,CO选择性最高可达71%。在最优NCS中加入少量吡啶N显著降低了CO2RR的活性,进一步验证了相邻吡啶N位点对吡咯N活性的抑制作用。这项工作揭示了各种N物种之间的交互,以及吡咯N可以作为潜在的用于CO2RR的电催化剂,这进一步提高了我们对电催化作用机制的理解,有利于高效电催化剂的设计。（2）在本部分中,延续上一章的内容,进一步在NCS合成中引入Cu,通过一步碳化法成功制备得到一系列Cu掺杂的碳球。其目的在于通过向碳基催化剂中引入Cu进而促进C-C耦合以产生C2H4等多碳产物,并且提高整体的CO2RR电流密度。然而,电化学测试表明引入Cu之后,催化剂的电催化性能急剧下降。通过透射电镜等手段对其进行表征,发现单质Cu主要以Cu（111）形式较为均匀地分散在碳球中。一方面由于单质Cu尺寸过大（均在20 nm以上）而无法有效进行CO2RR,另一方面因为Cu被碳膜覆盖而不能充分暴露出活性位点,进而无法提供足够的CO2RR催化活性。本章工作合成出的催化材料虽然不能用于高效的CO2RR,但是为后续工作提供了一种可以将金属与碳材料结合的方式和经验方面的借鉴。