面向国家绿色低碳战略目标,变革化石资源合成氨技术路线变得尤为迫切,开发可再生能源制“绿氨”将成为合成氨领域未来的重要发展方向.将工业废水中的硝酸根(NO_3)电催化还原为氨(NO_3RR),既可有效回收氨,又能消除硝酸根污染影响.然而,NO_3RR涉及缓慢的八电子转移过程,含有多种反应中间体,其反应机理复杂不明.此外,水系电解液中存在的析氢竞争反应也为高效NO_3RR催化剂的开发设计带来了巨大的挑战.为突破高效催化剂的发展瓶颈,本文通过理论模拟,在低成本的催化剂上设计了高效的NO_3RR催化活性位点,并利用简单的制备策略合成了目标催化剂.同时,结合原位表征技术,阐明了NO_3RR的反应路径及催化机理.本文通过密度泛函理论(DFT)计算发现,Cu/TiO_2催化剂上的Cu-O-Ti-O_v结构具有较好的NO_3~-还原活性,该结构不仅能够促进反应中间体NO_x~-的吸附和活化,还能有效抑制竞争析氢反应,从而降低NO_3RR的反应能垒.在该结构上,NO_3RR的反应路径为:NO_3~*→NO_2~*→HONO~*→NO~*→~*NOH→~*N→~*NH→~*NH_2→~*NH_3→NH_3.基于理论计算结果,分别采用浸渍法和尿素水解法制备了系列富含Cu-O-Ti-O_v结构的Cu/TiO_2催化剂.氮气等温吸附-脱附曲线、拉曼光谱(Raman)、电子顺磁共振波谱、X射线光电子能谱(XPS)和傅立叶红外光谱等结果发现,相比于采用浸渍法制备的系列Cu/TiO_2催化剂,采用尿素水解法制备的Cu/TiO_2(CT-U)催化剂具有更大的比表面积以及更多的Cu-O-Ti-O_v位点,说明尿素水解法可提高Cu颗粒在TiO_2载体表面的分散度,增强Cu颗粒与TiO_2载体之间的相互作用,提高Cu/TiO_2催化剂表面的Cu-O-Ti-O_v位点含量.将以上制备出的催化剂应用于催化NO_3RR中,结果表明,在-1.0　V　vs.RHE还原电位下,CT-U催化剂上氨产率可达3046.5μgh~(-1)　mg_(cat)~(-1),高于大多数文献报道结果.循环稳定性测试结果表明,在Cu/TiO_2催化剂上构建Cu-O-Ti-O_v位点还能显著抑制电催化反应过程中Cu物种从Cu/TiO_2催化剂上溶出,从而显著增强催化剂的稳定性.此外,设计制备了不含氧空位的Cu/TiO_2,TiO_(2-x),Cu,Cu_2O以及CuO催化剂,并将其用于...