当今世界能源问题日益加剧,以化石能源为依托的传统高能耗产业模式难以为继,开拓可持续的绿色发展之路迫在眉睫。质子交换膜燃料电池（PEMFCs）具有高效稳定、可连续工作、易于储存和携带、理论比能量高,近乎零污染排放等优点。但是其缓慢的阴极动力学过程始终阻碍着在实际应用中的发展,提高阴极氧还原反应（ORR）催化剂的活性是提高燃料电池性能的重要途径。另一方面,氨（NH₃）是最重要的无机化合物之一,可广泛用作氮肥,工业化学品和清洁能源的载体等。目前,NH₃主要是由氢（H₂）和氮（N₂）在高温高压条件下合成的,需要消耗大量的能源。电化学氮还原反应（NRR）是合成NH₃的一种有效替代方式。在本论文中,我们针对阴极氧还原反应和电化学氮还原反应,分别设计了纳米多孔金属催化剂和银金合金纳米管催化剂。具体研究内容包括以下两个方面:（1）位于催化剂表面缺陷位置的Pt具有高配位数（HCN）催化活性位点,有利于提高ORR性能。纳米多孔金（NPG）本质上具有比传统纳米颗粒更高比例的HCN Au原子,我们将单层Pt外延沉积到NPG上来制造高密度的HCN Pt催化活性位点。在NPG-Pt催化剂中,韧带尺寸越小的催化剂具有越高比例的HCN Pt原子,最佳的NPG-Pt催化剂本征活性达到商业Pt/C催化剂的5.2倍,质量活性达到商业Pt/C催化剂的18.7倍。此外,在NPG-Pt催化剂表面上沉积Au原子可以进一步增加暴露在表面的HCN Pt原子,因此NPG-Pt-Au催化剂的本征活性和质量活性分别可达到商业Pt/C的6.9和19.1倍。（2）系统地研究了AgAu合金纳米管组份与NRR催化活性之间的关系。发现在原子比为8:1至1:2的AgAu纳米管中,Ag₂Au₁合金纳米管有最优的NRR催化活性。在-0.30 V（vs.RHE）处,Ag₂Au₁纳米管的NH₃产率和法拉第效率为21.7μg h^-1 mg^-1_cat和3.8%,分别比单组分的Ag纳米线高3.0倍和3.6倍。此外,与Ag₂Pd₁和Ag₂Pt₁纳米管相比,Ag₂Au₁纳米管仍然具有更优异的NRR催化活性。