多相催化转化CO2和N2等小分子为一系列增值化学品一直是众多科研工作者研究的重点,而通过研究反应的机理精准设计高效催化剂则是研究过程中的重中之重。密度泛函理论（DFT）已经成为设计和研究新材料的重要手段,在催化剂催化机理的研究方面发挥了不可或缺的作用。由于MoS2是非贵金属催化剂,且不同金属掺杂的情况下被广泛应用于析氢反应、CO2还原反应以及催化合成氨等反应。基于此,本文利用DFT计算,通过细致的机理研究,探索过渡金属掺杂MoS2在CO2加氢制甲醇以及电催化氮气合成氨反应中的潜在应用。主要研究内容如下:（1）针对CO2加氢反应（CO2RR）寻找潜在的非贵金属单原子掺杂的MoS2催化剂。基于密度泛函理论计算,从26种过渡金属单原子掺杂的MoS2中（M1-MoS2:M1=Sc1-Zn1、Y1-Cd1和Ta1-Au1）,筛选出稳定性高、氢吸附能力强以及易于解离氢气分子的六种掺杂的催化剂用于CO2加氢制甲醇,分别是Ni1、Cu1、Zn1、Rh1、Pd1和Pt1-MoS2。在气相氢解离后,通过CO2→*COOH→*C（OH）2→*CH（OH）2→*CHOH→*CH2OH→CH3OH途径逐步加氢制甲醇,理论计算得出每一步的反应能垒和反应能。然而,甲醇生成速率不仅与CO2RR过程中的每一步的能垒有关,还与氢气的解离能垒,表面不同种类氢原子以及含碳基团的覆盖度有关。因此,引入微观动力学模拟,在CO2（H2）分压为8（24）bar以及反应温度为210℃的条件下,与Pt1-MoS2催化剂相比,Zn1-MoS2和Pd1-MoS2催化剂的甲醇产生速率分别提高了 26.00倍和1.35倍,所以Zn1-MoS2有望代替Pt1-MoS2成为CO2加氢制甲醇的高活性、低成本的催化剂,DFT结合微观动力学为材料筛选提供了更精确的指导。（2）针对Fe掺杂MoS2体系的电催化氮气合成氨反应（eNRR）展开细致研究,揭示协同效应对过电势和选择性的调控机制。基于密度泛函理论,系统的研究了不同形式（负载、替代等）的Fe单原子掺杂的二维MoS2的eNRR活性和选择性,并基于性能最优的单原子掺杂模型,研究了 Fe、O共掺杂对eNRR性能的调控。结果表明,Fe和O共同掺杂Mo-edge结构的MoS2的eNRR活性高于平面结构以及S-edge结构的MoS2,铁单原子与配位的氧原子之间的协同作用（Fe1-1O、2O、3O、4O@Mo-edge-MoS2）大大提高了 NRR 的性能。而且,Fe 和衬底之间的电荷转移对活性和选择性的提高起着很大的作用。其中,Fe1-4O@Mo-edge-MoS2在电化学环境中表现出最高的活性和选择性,因此,将单Fe原子的氧配位调节到适当的水平将大大提高eNRR的性能。（3）针对eNRR反应,通过对一系列过渡金属掺杂MoS2体系的高通量筛选,获得性能更好的eNRR催化剂。基于密度理论计算方法,系统地研究了一系列过渡金属原子掺杂Mo-edge结构的MoS2的eNRR催化性能。基于已经合成并得到验证的Fe1@Mo-edge体系（限制势为-0.34V）,筛选过程分为三步:（1）筛选出吸附的氮气分子第一步质子化的反应自由能低于0.34eV的催化剂;（2）对第一步筛选出的催化剂进行完整的eNRR机理研究,确定eNRR过程控势步的反应自由能（ΔGPDS）,筛选出ΔGPDS低于0.34eV的催化剂;（3）对第二步筛选出来的催化剂进行选择性研究,筛选出选择性高于Fe1@Mo-edge的催化剂。最终筛选得到Ru1、Re3.4、Os1和Pt1@Mo-edge的eNRR的限制势分别为-0.27、-0.19、-0.20、-0.24和-0.27 V,这几种金属的eNRR活性和选择性都高于Fe1@Mo-edge的,且进一步调节Re的掺杂量到Re4@Mo-edge将使得eNRR的活性和选择性进一步得到提高。因此,调节掺杂金属的种类以及掺杂量可以进一步提高固氮活性和选择性。