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近年来，随着全球变暖趋势的日益严峻，碳捕获和利用技术（CCU）受到了越来越密切地关注。通过二氧化碳电化学还原技术（CO2RR）制备工业原料和低碳燃料将会成为缓解以上问题的有效策略，同时CO2RR可以由清洁能源驱动，因此该技术可以将人类对化石燃料的依赖转移到碳平衡能量循环中。在CO2RR过程中，C1产物（甲酸和CO）的产生过程具备较低的电子传递数量和相对快速的动力学特征；另一方面，甲酸是非常具有应用前景的液体储氢化合物之一，可以广泛应用于氢载体和燃料电池等，而CO则是化学工业中的重要原料。然而，由于CO2的高稳定性，CO2RR需要克服复杂的多电子转移动力学，高能量势垒以及与副反应（HER）之间的竞争等难题，因此，开发具有高选择性和稳定性的高效催化剂是一个非常引人关注的问题。目前，在水系电解液中，许多非贵重材料，例如过渡金属及其化合物（如Cu、Sn、Bi、Pb、In、Co3O4、SnO2、MoS2、SnS2）能有效地将CO2催化还原成甲酸或CO。在这些催化剂中，Sn基材料因其高丰度、低成本、低毒性、对甲酸的选择性高等优点而得到广泛研究；而氧化锡已被证明可以抑制HER，稳定*CO2??中间体，从而促进CO2RR。为了进一步提高SnOx基催化剂的电催化活性，其与导电载体（如泡沫铜、碳材料）的结合则成为近年来的研究热点。在各种载体中，碳材料因其机械强度高、热稳定性好、导电性和导热性强而备受关注。
本论文利用水热法构建了一系列的碳材料负载SnOx（x=1, 2）基催化剂。通过调节反应物中锡碳元素质量比，简便地合成了树叶状纳米片结构的 SnOx 催化剂锚定在羧基化多壁碳纳米管（MWCNT-COOH）上（SnOx@MWCNT-COOH）。在上述反应中，通过进一步优化反应条件，成功制备了粒径为 100~200 nm 的 SnOx纳米片负载在MWCNT-COOH上（SnOx@MWCNT-COOH100-10）。为了探究不同功能化的多壁碳纳米管对催化剂性能的影响，以不同功能化及无功能化的多壁碳纳米管（ MWCNT-NH2、MWCNT-COOH、MWCNT-OH、MWCNT）为碳载体，成功制备了含有不同官能团的SnOx@MWCNTs催化剂。通过改变碳负载材料，利用碳布（CC）做载体，合成了柔性3D层状SnO2@CC催化剂电极。采用ICP-AES、XRD、XPS、SEM和TEM等技术对催化剂的组成、结构和形貌进行了表征，并用循环伏安法（CV）、线性扫描法（LSV）、计时安培法（i-t）等分析催化剂CO2电化学还原性能，利用DFT理论计算探究其反应动力学及机理。本论文的主要研究内容与成果如下：
（1）采用简单一步水热法，以SnCl2 2H2O为SnOx前驱体，以柠檬酸钠为稳定剂，通过调节锡碳元素质量比、反应温度及反应时间，简便地合成了MWCNT-COOH负载超薄分层结构的SnOx纳米片。研究结果表明：当反应物中锡碳元素质量比为 8:1，水热反应条件为100℃，10 h时制备的催化剂SnOx@MWCNT-COOH8:1-100-10表现出最优的电催化性能。这种催化剂是由树叶状100~200 nm的SnOx纳米片锚定在MWCNT-COOH上，且MWCNT-COOH穿插围绕在SnOx纳米片周围，主要晶面为 SnO 的（101）和（110）晶面。该催化剂在0.5 M KHCO3中表现出较好的CO2电催化还原产甲酸的催化活性以及稳定性。起峰电位为-0.88 V vs. SHE，在-1.45 V vs. SHE处电流密度达到-17.3 mA cm-2；且在-1.25 V vs. SHE处表现出最高的甲酸法拉第效率（77%）。
（2）采用简单一步水热法，以SnCl2 2H2O为SnOx前驱体，以柠檬酸钠为稳定剂，利用不同功能化的MWCNTs做载体，制备了催化 剂 SnOx@MWCNT-NH2 、 SnOx@MWCNT-COOH 、SnOx@MWCNT-OH和SnOx@MWCNT。此催化剂的形貌均为树叶状SnOx纳米片锚定在MWCNTs表面，主要晶面SnO的（101）和（110）晶面。不同官能团对于催化剂的电催化性能具有重要影响，在0.5 M KHCO3水溶液中，SnOx@MWCNT-NH2表现较高的催化活性，在-1.45 V vs. SHE处电流密度达到-25.58 mA cm-2；在-1.25 V vs. SHE，C1产物的法拉第效率达到近100%，电流密度为-11 mA cm-2，恒电位电解稳定性可持续至少20 h。进一步通过DFT模拟计算说明了碳纳米管表面不同官能团的存在对催化剂性能的影响主要表现在对 SnO 和SnO2在碳纳米管表面吸附能的影响。-NH2、-COOH和-OH均可提高SnO 和 SnO2在碳纳米管表面的吸附能，其中，-COOH 通过与 SnO和SnO2之间形成离子键和共价键，使SnO和SnO2在碳纳米管表面的吸附能分别增加到2.04 eV和1.81 eV；-NH2中的N原子则通过与Sn原子形成Sn-N离子键，在提高了SnO和SnO2的吸附能的同时，改变了催化中心附近的电子密度，从而提高了催化活性。
（3）以碳布（CC）为负载材料，以SnCl2 2H2O为SnOx前驱体，柠檬酸钠为稳定剂，在碱性条件下采用一步水热法并在空气中高温退火合成柔性3D层状SnO2@CC催化剂电极。通过SEM、TEM、XRD和 XPS 对催化剂电极的进行分析表征，通过传统三电极体系对催化剂电极的 CO2 电催化还原性能进行测试，并与传统气体扩散电极（GDE）进行比较。合成的SnO2@CC催化剂电极具有3D层状结构，厚度约为50 nm的SnO2纳米片均匀且紧密的沉积在碳布纤维表面。SnO2纳米片主要晶面为 SnO2的（101）、（110）和（112）晶面。通过相同的方法合成的SnO2微米球表面具有相同的SnO2纳米片结构。通过传统喷涂技术制备纯SnO2/GDE和商业SnO2/GDE，与3D层状SnO2@CC 催化剂电极进行 CO2电催化还原性能对比分析发现，3D层状SnO2@CC催化剂电极具有更多的催化活性位点和更快的电荷转移速率，从而电催化活性与甲酸选择性均高于传统GEE，在-1.45 V vs. SHE处达到最大电流密度-46.4 mA cm-2，在-1.3 V vs. SHE处甲酸法拉第效率为73.4%。
本论文利用水热法构建了一系列的碳材料负载SnOx（x=1, 2）基催化剂。通过调节反应物中锡碳元素质量比，简便地合成了树叶状纳米片结构的 SnOx 催化剂锚定在羧基化多壁碳纳米管（MWCNT-COOH）上（SnOx@MWCNT-COOH）。在上述反应中，通过进一步优化反应条件，成功制备了粒径为 100~200 nm 的 SnOx纳米片负载在MWCNT-COOH上（SnOx@MWCNT-COOH100-10）。为了探究不同功能化的多壁碳纳米管对催化剂性能的影响，以不同功能化及无功能化的多壁碳纳米管（ MWCNT-NH2、MWCNT-COOH、MWCNT-OH、MWCNT）为碳载体，成功制备了含有不同官能团的SnOx@MWCNTs催化剂。通过改变碳负载材料，利用碳布（CC）做载体，合成了柔性3D层状SnO2@CC催化剂电极。采用ICP-AES、XRD、XPS、SEM和TEM等技术对催化剂的组成、结构和形貌进行了表征，并用循环伏安法（CV）、线性扫描法（LSV）、计时安培法（i-t）等分析催化剂CO2电化学还原性能，利用DFT理论计算探究其反应动力学及机理。本论文的主要研究内容与成果如下：
（1）采用简单一步水热法，以SnCl2 2H2O为SnOx前驱体，以柠檬酸钠为稳定剂，通过调节锡碳元素质量比、反应温度及反应时间，简便地合成了MWCNT-COOH负载超薄分层结构的SnOx纳米片。研究结果表明：当反应物中锡碳元素质量比为 8:1，水热反应条件为100℃，10 h时制备的催化剂SnOx@MWCNT-COOH8:1-100-10表现出最优的电催化性能。这种催化剂是由树叶状100~200 nm的SnOx纳米片锚定在MWCNT-COOH上，且MWCNT-COOH穿插围绕在SnOx纳米片周围，主要晶面为 SnO 的（101）和（110）晶面。该催化剂在0.5 M KHCO3中表现出较好的CO2电催化还原产甲酸的催化活性以及稳定性。起峰电位为-0.88 V vs. SHE，在-1.45 V vs. SHE处电流密度达到-17.3 mA cm-2；且在-1.25 V vs. SHE处表现出最高的甲酸法拉第效率（77%）。
（2）采用简单一步水热法，以SnCl2 2H2O为SnOx前驱体，以柠檬酸钠为稳定剂，利用不同功能化的MWCNTs做载体，制备了催化 剂 SnOx@MWCNT-NH2 、 SnOx@MWCNT-COOH 、SnOx@MWCNT-OH和SnOx@MWCNT。此催化剂的形貌均为树叶状SnOx纳米片锚定在MWCNTs表面，主要晶面SnO的（101）和（110）晶面。不同官能团对于催化剂的电催化性能具有重要影响，在0.5 M KHCO3水溶液中，SnOx@MWCNT-NH2表现较高的催化活性，在-1.45 V vs. SHE处电流密度达到-25.58 mA cm-2；在-1.25 V vs. SHE，C1产物的法拉第效率达到近100%，电流密度为-11 mA cm-2，恒电位电解稳定性可持续至少20 h。进一步通过DFT模拟计算说明了碳纳米管表面不同官能团的存在对催化剂性能的影响主要表现在对 SnO 和SnO2在碳纳米管表面吸附能的影响。-NH2、-COOH和-OH均可提高SnO 和 SnO2在碳纳米管表面的吸附能，其中，-COOH 通过与 SnO和SnO2之间形成离子键和共价键，使SnO和SnO2在碳纳米管表面的吸附能分别增加到2.04 eV和1.81 eV；-NH2中的N原子则通过与Sn原子形成Sn-N离子键，在提高了SnO和SnO2的吸附能的同时，改变了催化中心附近的电子密度，从而提高了催化活性。
（3）以碳布（CC）为负载材料，以SnCl2 2H2O为SnOx前驱体，柠檬酸钠为稳定剂，在碱性条件下采用一步水热法并在空气中高温退火合成柔性3D层状SnO2@CC催化剂电极。通过SEM、TEM、XRD和 XPS 对催化剂电极的进行分析表征，通过传统三电极体系对催化剂电极的 CO2 电催化还原性能进行测试，并与传统气体扩散电极（GDE）进行比较。合成的SnO2@CC催化剂电极具有3D层状结构，厚度约为50 nm的SnO2纳米片均匀且紧密的沉积在碳布纤维表面。SnO2纳米片主要晶面为 SnO2的（101）、（110）和（112）晶面。通过相同的方法合成的SnO2微米球表面具有相同的SnO2纳米片结构。通过传统喷涂技术制备纯SnO2/GDE和商业SnO2/GDE，与3D层状SnO2@CC 催化剂电极进行 CO2电催化还原性能对比分析发现，3D层状SnO2@CC催化剂电极具有更多的催化活性位点和更快的电荷转移速率，从而电催化活性与甲酸选择性均高于传统GEE，在-1.45 V vs. SHE处达到最大电流密度-46.4 mA cm-2，在-1.3 V vs. SHE处甲酸法拉第效率为73.4%。