作为世界上应用最为广泛的化学品之一,氨不仅在农业,化工,制药等众多领域都不可或缺,还有望成为未来重要的绿色能源载体。在化石燃料日益紧缺,全球变暖愈演愈烈的今天,全球氨的生产仍广泛遵循能量密集型的Haber-Bosch工艺,造成了巨大的能源消耗和温室气体的排放,与绿色发展背道而驰。对此,电化学氮还原合成氨（ENRR）提供了一个富有前景的解决策略:利用清洁能源生成的电能在环境条件下合成氨。ENRR能够避免传统氨合成方法的众多弊端。但过高的反应能垒,析氢反应（HER）的激烈竞争等因素致使其工业化难以实现。ENRR需要断裂键能极高的N≡N并逐步进行加氢才能实现N2的吸附和活化。在环境条件下仅依靠电势驱动去突破极高的能垒导致反应动力学极其缓慢,因此需要高性能催化剂推动反应高效进行。研究表明,催化剂尺寸的减小不仅可以增加其比表面积和原子利用率从而提供更丰富的催化活性位点,还可以增加不饱和原子数目来提高催化活性。此外,尺寸差异还会影响反应中间体的生成,从而影响产物的选择性。因此,超小尺寸催化剂,尤其是单原子催化剂成为当前的研究热点。为了突破碳基超小尺寸催化剂在负载量和稳定性方面的局限性,本文以氧化锡（Sn O2）为基底负载Cu和Ru,构建超小尺寸催化剂以获得优异的ENRR催化活性。主要研究内容如下:采用高温还原法将Cu以亚纳米粒子的形式负载于Sn O2纳米片上,同时在Sn O2表面营造出高浓度的氧空位缺陷（VO）,构建出富含氧空位的催化剂。一方面,Cu粒子和VO的引入可以提高Sn O2的载流子浓度从而加快电化学过程中的电子转移速率,进而促进催化反应高效进行。另一方面,Cu与富缺陷氧化锡之间发生电荷转移,可以调节Cu的电子结构使Cu处于缺电子状态以形成更多的d带空穴,从而增强Cu对N2分子的吸附和活化,进而提高Cu的本征催化活性。所制备的催化剂获得了14.6μg h-1 mg-1cat.的氨产率和8.3%的法拉第效率,在已报道的成果中处于中等水准。而且,催化剂展现出良好的电化学稳定性。采用高温还原法将Ru以单原子为主要形式掺杂到Sn O2表面晶格内,构建出富缺陷的催化剂。一方面,Ru与VO的引入提高了Sn O2的电荷转移速率,加快催化反应动力学。另一方面,Ru与富缺陷Sn O2之间的电荷转移能够调节Ru的电子结构,增强其本征催化活性。在此基础上开展理论计算揭示ENRR催化机理:（1）Ru单原子活性位点与氧空位的协同作用能够大大降低ENRR反应的决速步能垒;（2）Ru的引入能够显著降低N2在催化剂表面的吸附能,从而加快ENRR进程。所制备的催化剂获得了32.4μg h-1 mg-1cat.的氨产率和16.2%的法拉第效率,超过了大多数已报道的成果。此外,该催化剂展现出优异的电化学稳定性。理论计算表明Ru与富缺陷Sn O2之间的结合能（-12.37 e V）显著大于其与掺氮石墨烯之间的结合能（-7.17 e V）,从而使Sn O2对Ru具有更强的稳定作用。以上结果庙名采用采用Sn O2作为载体可以突破碳基单原子催化剂在电化学稳定性方面的局限。