近年来,随着全球经济快速发展,人类对能源的需求量急剧增加,化石燃料等传统能源的大量使用导致了严重的环境问题。因此,一方面急需开发新能源来降低对化石能源的依赖度。目前,氨由于其液化温度高,安全性能好以及可以用可再生能源制备等优点,被视为一种新型的绿色能源而广受关注。另一方面,也急需开发新型的能源利用方式,例如新型的能量转换器件,超级电容器。超级电容器因具有充放电时间短、寿命长等优点而备受瞩目。本论文围绕合成氨中存在的问题以及超级电容器性能改善的问题,提出了相应的解决思路。对于合成氨,工业上主要用哈伯法,但其方法效率低,能耗高,且利用的是化石能源,相反,电化学合成氨由于其能耗低,且可利用可再生能源(如风、电等)来实现产氨,从而成为研究热点。但是电化学合成氨涉及到电化学还原氮气过程,为动力学慢反应,因此需要开发高性能的电极材料用于氮气还原反应。本论文第一部分以碳布为基底,且通过浸渍和煅烧的方法将活性材料Mo的前驱体直接负载在碳布上,氢气还原后成功制备得到超微的Mo纳米颗粒。为观察超微Mo纳米颗粒的形成原理,论文采用原位TEM技术研究Mo前驱体在碳布载体上的还原过程,原位观察到活性组分由大颗粒逐渐变小的过程。进一步地结合DFT理论计算对该现象进行了理论解释。直接利用碳布作为柔性自支撑材料从而降低电极的接触电阻。将合成的Mo/碳布柔性自支撑电极作为氮气还原反应的阴极,在室温条件下,电压达到0V时,法拉第效率达到最高为22.3%,甚至优于部分贵金属催化剂,对应的最优产氨速率为7.02μgh-1mg-1cat.。且在反应过程中并未检测到副产物水合肼说明该催化剂具有优异的选择性。本文第二部分通过一步水热法将活性材料W03负载在碳布上,直接利用碳布作为柔性自支撑材料能够有效地降低电极的电阻,从而提高器件的电化学性能。论文通过调节水热条件制备得到不同结晶度程度的材料,系统研究了结晶度等因素对其电化学性能的影响,进一步地考察了储能动力学,研究其储能机理。结果表明与高结晶度材料相比,低结晶度的W03具有更高的比电容474F/g和更好的电容保持性能,这是因为低结晶度W03拥有更多的结构缺陷,能够提供快速的氧化还原反应,以及拥有更有优势的电容主导的储能特性,从而显示出更优异的化学性能。将低结晶度WO3/碳布复合电极作为负极与处理后的碳布组装成柔性固态不对称电容器(TCC//LC-WO3/TCC)。TCC//IC-WO3/TCC电容器面积电容和能量密度分别可达1693mF/cm2和7.6mWh/cm3。此外,该器件还具有优异的循环稳定性,经过10 000次循环后,电容维持率为92%。综上所述,本文针对新能源的开发——氨,以及新型能源利用方式的开发——超级电容器,提供了两种性能优异的碳布基柔性自支撑电极。这两者策略分别为电化学合成氨的催化剂设计提供新的思路以及为开发高性能赝电容负极材料提供了一种新的途径同时也为低成本柔性电子器件提供了前景。