目前，经济发展所需要的能源主要来源于化石燃料。伴随着化石燃料的大量消耗，不仅导致了能源紧缺，而且还造成了二氧化碳(Carbon dioxide,CO2)的过量排放，使得大气中CO2的浓度急剧上升，引发了一系列严重的环境问题。因此，我们迫切需要找到一种能同时缓解这两个问题的行之有效的方法。最近，电催化CO2还原吸引了广大研究者的目光。主要是因为此方法不仅能够在温和的条件下使得热力学性质非常稳定的CO2活化，而且反应装置简单，能量来源于可再生的电能，是一种可持续发展的策略。而电催化CO2还原的性能取决于所选用的催化剂。碳基材料由于自身的高比表面积，高导电性以及低成本和环保的特点受到了人们的广泛关注。但是作为电催化CO2还原的催化剂仍然存在着活性不足，过电位较高的问题。本文从这两个问题出发，设计出了高活性，高选择性，低过电位的碳基催化剂。具体内容如下：
　　(1)通过水热合成空心的Fe3O4纳米球，再以此空心Fe3O4为模板，以吡咯为碳源，制备出了一系列不同温度下煅烧出的氮掺杂双壳层空心碳球(N-dopeddouble-shelledhollowcarbonmicrosphere,N-DSC-X，X为煅烧温度)。通过电化学性能测试，发现N-DSC-1000具有最好的电催化CO2还原性能。具体表现为280mV的过电位，以及91%的CO法拉第效率。同时我们还研究了不同pH的电解液对电催化CO2还原的影响，实验发现，在酸性条件下主要产物为H2，在中性条件下析氢反应被抑制，主要产物为CO。另外，以N-DSC-1000作为阴极，Zn箔作为阳极，组装了概念验证装置，即含水Zn-CO2电池。组装后的电池可以提供0.9V的稳定开路电压，良好的倍率性能，优异的循环稳定性，在恒电流放电过程中CO的法拉第效率始终高于80％。
　　(2)通过水热后高温热解的方法，我们成功的合成出了不同Ni含量的类石墨烯结构的Ni-N-C催化剂。将这些催化剂应用于电催化CO2还原，发现适量的Ni掺杂对CO2电化学还原为CO具有极高的活性以及选择性。但是，随着Ni含量的提高，析氢逐渐变得严重，而CO的选择性降低。说明，过量的Ni促进了水的电解而抑制了CO2还原反应。该工作为过渡金属掺杂碳材料用于高选择性电催化CO2还原提供了一定借鉴。