目前,与人们日常生活密切相关的液体燃料、化学品、电和热等主要依赖石油、煤和天然气等化石能源经过工业炼制或高效燃烧等过程转化。在转化过程中二氧化碳的大量排放对人们赖以生存的生态环境造成了严重威胁。电催化还原二氧化碳提供了一条将作为排放物的CO2高效转变为高值化学品的新途径。简单地说,利用可再生电能或富余核电为能源,与电解水耦合从水中获取氢,在比较温和的反应条件下一步直接获得一氧化碳、碳氢化合物和甲醇等高值化学品和液体燃料,可同时实现电能存储和二氧化碳转化。当前,研制新型催化剂来降低过电势和提高反应选择性是二氧化碳电催化还原研究中极具挑战性的热点课题。金属纳米催化剂由于相较于对应的金属多晶的独特性质也引起了电化学CO2还原研究者的广泛兴趣。理解催化剂结构性能之间的相互关系有助于我们更好更合理地设计高效稳定的电化学催化剂,这对于增强惰性CO2的吸附和反应活性,从而增强能量转化效率来讲是非常重要的。因此,许多的基础研究都致力理解CO2电还原过程中的尺寸效应、晶面效应、应力效应以及合金效应。通过调控异相催化剂的表面应力可以改变其电子结构,从而达到调控其催化性能的目的。然而,对于表面应力对CO2电还原的影响至今还没有一个清楚而系统的认识,这大大地限制了将表面应力的调控用于电催化性能设计。因此,本论文以Pd基金属纳米催化剂的可控合成为基础,研究了液相CO2电催化还原反应中金属纳米催化剂的应力效应,并尝试通过原子级别的精细调控来设计催化剂,期望能为高效催化剂的设计提供策略。本论文共分为四章,各章节内容简述如下:在第一章中,我们简单介绍了 CO2电还原反应、反应活性与催化剂之间的构效关系以及Pd基金属纳米材料的可控合成。在第二章中,我们用具有相近尺寸的Pd八面体和Pd二十面体构建了一个较为理想的模型来探究CO2电还原反应中的表面应力效应。结合催化表征结果、分子动力学模拟、及密度泛函理论计算,我们揭示了两种形貌的Pd纳米晶催化剂影响催化结果的内在原因:二十面体表面的拉伸应力通过d-带中心上移使得关键中间体COOH*的吸附作用增强,从而提高了催化活性。我们将其归纳为应力效应,并在实验上通过表面价带光电发射光谱和电化学分析进一步验证了 CO2电还原反应中的这种效应。在第三章中,我们利用晶种诱导生长法,以Pd八面体纳米晶为晶种,在其表面修饰Au,设计并合成了表面具有不同原子层厚度的Pd@AunL核壳结构纳米催化剂。通过电感耦合等离子体原子发射光谱进行元素分析,计算出合成的样品中Au/Pd的原子比,并结合数学计算,得到了该核壳结构纳米晶外层Au的原子层数目。将合成的样品用于CO2电催化还原测试,数据表明修饰有不同层数Au原子层的Pd@AunL八面体纳米晶均比Pd八面体晶种表现出更好的CO2电催化还原活性,并且随着Au层数的增加,其有效密度和质量活性随之增加。在第四章中,我们对本论文的工作做了简单的总结,并对Pd基金属纳米催化剂在CO2电催化还原反应中的应用前景进行了展望。