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随着全球经济和社会的不断发展，对能源的需求量日益增大。近年来，化石燃料的大量使用，导致排放在大气中CO2含量急剧增加。因此，减少CO2排放已成为现代社会迫切需要解决的问题。
电催化CO2还原反应（CO2RR）是将CO2转化为具有高附加值的燃料和化学品最有发展前景的技术之一。电催化CO2RR需要的电能可以通过间歇性可再生能源提供，其产物主要包括C1、C2和C3产物，非常适合用于生产重要的燃料和化学用品，且反应过程简单可控，反应条件比较温和，反应体系结构简单，易于工业放大生产，但仍面临着缺乏高性能的电催化剂引起的能量效率低、反应速度慢、对还原产物选择性差等问题，因此需要构建高效的电催化剂。本论文的研究内容主要分为以下方面：
（1）以2-甲基咪唑、Zn(NO3)2和Co(NO3)2为原料，采用水热法合成出核壳型金属有机框架（H-Zn/Co-ZIFs），并将金属Ni负载在MOFs中，以此作为前驱体制备出Ni@Co-NC NPs催化剂。利用XRD、FT-IR、SEM、TEM、Raman和XPS对其结构和形貌进行表征，并通过电化学工作站研究其电催化还原CO2的性能及作用机制。结果表明，Ni@Co-NC3NPs-1000℃具有很强的CO2RR催化活性，在-0.7V（vs.RHE）时FECO达到97.1%；在-1.1V（vs.RHE）时CO电流密度达到10.9mA cm-2，TOF为3985h-1；Ni@Co-NC3NPs-1000℃具有双界面层，双界面层的强界面作用对CO2有较强的吸附能力，使其不仅能在界面位点上活化CO2，而且还能促进CO2在催化剂表面的吸附，使得Ni@Co-NC3NPs-1000℃对CO2的吸附和活化能力显著增强，因而能够增强其对CO2RR催化活性和产物的选择性。
（2）以2-甲基咪唑、Zn(NO3)2和Co(NO3)2为原料，采用室温搅拌方式合成出双金属有机框架（BMOFs）；通过阳离子交换法在BMOFs上富集金属Ni，再经过高温碳化制备出含Ni/Co双金属纳米颗粒催化剂；研究碳化温度和催化剂中金属含量对电催化CO2RR性能的影响规律。结果表明，Ni/Co-NC1NPs-1000℃产生的最大FECO接近97%；在-1.1V（vs.RHE）时，CO电流密度为14.2mA cm-2，其TOF值为2265h-1。
（3）以BMOFs为基材，1,10-邻菲罗啉为掺杂配体，设计制备出氮掺杂的BMOFs材料，并经高温热解得到Co NphenC纳米催化剂。通过FT-IR、UV-vis和XPS对材料进行组成与结构表征，证实了1,10-邻菲罗啉成功引入到催化剂中；进一步研究了所制备纳米催化剂对CO2电催化还原性能。结果表明，在-1.1V（vs.RHE）时，Co NphenC的CO电流密度为10.5mA cm-2，CO/H2的比例约为3∶2；在CO2RR中持续电解16h后，Co NphenC产生的电流密度和FECO几乎保持不变，具有较好的电催化稳定性；Co NphenC具有较强的电荷转移能力，能够显著降低CO2RR中的反应能垒，因而表现出对CO和H2较好的选择性，可以产生合适CO/H2比例的合成气。
电催化CO2还原反应（CO2RR）是将CO2转化为具有高附加值的燃料和化学品最有发展前景的技术之一。电催化CO2RR需要的电能可以通过间歇性可再生能源提供，其产物主要包括C1、C2和C3产物，非常适合用于生产重要的燃料和化学用品，且反应过程简单可控，反应条件比较温和，反应体系结构简单，易于工业放大生产，但仍面临着缺乏高性能的电催化剂引起的能量效率低、反应速度慢、对还原产物选择性差等问题，因此需要构建高效的电催化剂。本论文的研究内容主要分为以下方面：
（1）以2-甲基咪唑、Zn(NO3)2和Co(NO3)2为原料，采用水热法合成出核壳型金属有机框架（H-Zn/Co-ZIFs），并将金属Ni负载在MOFs中，以此作为前驱体制备出Ni@Co-NC NPs催化剂。利用XRD、FT-IR、SEM、TEM、Raman和XPS对其结构和形貌进行表征，并通过电化学工作站研究其电催化还原CO2的性能及作用机制。结果表明，Ni@Co-NC3NPs-1000℃具有很强的CO2RR催化活性，在-0.7V（vs.RHE）时FECO达到97.1%；在-1.1V（vs.RHE）时CO电流密度达到10.9mA cm-2，TOF为3985h-1；Ni@Co-NC3NPs-1000℃具有双界面层，双界面层的强界面作用对CO2有较强的吸附能力，使其不仅能在界面位点上活化CO2，而且还能促进CO2在催化剂表面的吸附，使得Ni@Co-NC3NPs-1000℃对CO2的吸附和活化能力显著增强，因而能够增强其对CO2RR催化活性和产物的选择性。
（2）以2-甲基咪唑、Zn(NO3)2和Co(NO3)2为原料，采用室温搅拌方式合成出双金属有机框架（BMOFs）；通过阳离子交换法在BMOFs上富集金属Ni，再经过高温碳化制备出含Ni/Co双金属纳米颗粒催化剂；研究碳化温度和催化剂中金属含量对电催化CO2RR性能的影响规律。结果表明，Ni/Co-NC1NPs-1000℃产生的最大FECO接近97%；在-1.1V（vs.RHE）时，CO电流密度为14.2mA cm-2，其TOF值为2265h-1。
（3）以BMOFs为基材，1,10-邻菲罗啉为掺杂配体，设计制备出氮掺杂的BMOFs材料，并经高温热解得到Co NphenC纳米催化剂。通过FT-IR、UV-vis和XPS对材料进行组成与结构表征，证实了1,10-邻菲罗啉成功引入到催化剂中；进一步研究了所制备纳米催化剂对CO2电催化还原性能。结果表明，在-1.1V（vs.RHE）时，Co NphenC的CO电流密度为10.5mA cm-2，CO/H2的比例约为3∶2；在CO2RR中持续电解16h后，Co NphenC产生的电流密度和FECO几乎保持不变，具有较好的电催化稳定性；Co NphenC具有较强的电荷转移能力，能够显著降低CO2RR中的反应能垒，因而表现出对CO和H2较好的选择性，可以产生合适CO/H2比例的合成气。