随着世界人口总数的不断增多,人们对于肥料以及能源的需求不断加大,因此如何高效环保地合成氨越来越被广泛关注。传统哈伯法合成氨耗能巨大,且造成了大量的碳排放,因此如何寻找替代的合成氨工艺成为迫切需要解决的问题。电化学催化合成氨因其操作简单且节能环保,转化效率高而被认为是最有前景的新合成氨方法。但是目前还未找到高效并且稳定的催化剂来满足工业上的生产需求,为了解决目前催化剂设计遇到的难题,越来越多的科研人员开始关注电化学合成氨（NRR）催化机理的研究。在本论文中,我们通过密度泛函理论计算的方式,主要研究了过渡金属原子（Nb）,以不同尺寸（Nb1,Nb2,Nb3）掺杂的石墨相氮化碳（g-C3N4）材料的NRR性能;以及金属与非金属共掺杂在含有N缺陷的石墨相氮化碳材料中的NRR性能。通过理论计算的研究,揭示催化剂的NRR反应的机制,以及NRR活性的起源,为实验工作起到指导作用。我们的研究成果如下:（1）不同尺寸的Nb原子掺杂的石墨相氮化碳表现出不同的性能。并且随着金属原子尺寸的变化,或活性位点数量的变化,我们对反应路径有了一个新的认识。在对Nb原子研究的基础上,推广得到了多原子NRR催化时的一般性规律,即在反应中H吸附在活性位点处形成*NH2+*H中间体有利于降低*NH2直接氢化形成*NH3的高能垒。在这一路径下,最终我们得到的催化剂最低只有0.25V的过电位,低于大部分已经报道的金属基催化剂。（2）在前面研究的基础上,对于催化剂活性的起源我们有了更大的兴趣,如何调节活性中心对反应关键中间体的吸附能是改进一个催化剂性能的关键。因此,我们通过调整活性中心附近原子配位的方式,进一步揭示活性中心催化活性的起源,希望可以对NRR的反应机制有更深的见解。在此基础上,我们首先对TM掺杂的石墨相氮化碳材料的NRR性能进行了筛选,并对V@g-C3N4材料的NRR活性起源进行了充分的分析。随后,采用非金属掺杂调控V原子的催化活性,并且成功地使NRR过电位由V单原子的0.43V降低到了0.28V,表明了活性中心的活性可以通过人为地方式调节到一个最优值,并且总结了催化剂设计方案。在此,希望我们的思路可以为实验工作者提供一定的指导作用。本论文的研究结果表明,Nb双原子掺杂的石墨相氮化碳材料有着十分优异的NRR性能,并且遵循着我们研究发现的新加氢路径进行反应,随着分析测试设备的不断升级,对于催化反应路径的实时观察越来越成为可能;非金属调控活性位点的活性可以成为一个催化剂改性的有效方案,它的优势在于不会像金属掺杂一样引入新的活性位点,而是仅仅起到微小地改变活性中心配位环境的作用。然而这种微小地改变对反应速率的影响可能是巨大的。希望我们的研究工作可以启发更多的实验或是理论工作者开发更多高效的氮还原催化剂。