工业界普遍采用Haber-Bosch方法在高温(400~600℃)和高压(150~300 atm, 1 atm=0.101325 MPa)条件下催化氮气裂解和加氢而合成氨气(NH_3),这不仅消耗大量能源,也给环境造成很大污染。为改变这种状况,探索常温常压条件下合成NH3的全新途径已成为研究热点。电催化还原N_2合成NH_3是尚待探索的重点方向之一。本研究利用密度泛函理论计算,探讨了过渡金属元素(如Fe, Nb, Mo, W, Ru)和非金属元素(如B, P, S)共掺杂石墨烯作为该方向催化剂的可行性。结果表明, Mo和S(Mo/S)共掺杂石墨烯在NH_3合成中具有极低的电极电势(仅为0.47 V),其速率控制步骤涉及的中间产物为*NNH。NH_3合成电势比析氢反应的电势(0.51 V)低,说明N_2还原制备NH_3具有选择性。经从头算的分子动力学计算验证,Mo/S共掺杂石墨烯体系在室温下具有良好的热力学稳定性。电子结构分析进一步揭示,过渡金属电子转移能力对高效N_2电催化还原活性具有关键影响,可通过调控非金属元素对过渡金属周边配位环境的影响,优化过渡金属中心的电子结构,从而提高催化性能。