随着现代纳米技术的飞速发展,纳米和亚纳米过渡族金属（transition metal,TM）和贵金属（noble metal,NM）催化剂在工业生产和应用中被广泛应用,这些纳米体系表面的原子具有更低的原子配位数以及更高的化学活性。但是由于纳米颗粒的尺寸和微观结构存在非均匀、复杂、动态变化等不确定因素,在实际应用中往往会产生多种不同的反应活性中心,导致发生不必要副反应。近十年来,随着制备方法和技术手段的提升,研究人员将纳米过渡族金属颗粒高度分散,形成原子团簇,甚至高度离散的“单原子”体系,即“单原子催化剂”（Single-atomic Catalysts,SACs）。单原子催化剂具有高原子利用率和高选择性的特点,具有重要工业化应用前景,开发能在合适的衬底上具有高稳定性、高效的SACs具有重要的实际意义。本文通过第一性原理计算,发现了电荷转移和应变工程的协同作用可以显著提高二维（2D）Pd₃在MoS₂/Au（Ag）（111）异质结上的稳定性,同时CO氧化反应过程中可以在2D-Pd₃中一个Pd（TER机制）或两个Pd（CLH机制）活性位上进行,其他Pd原子会通过提供电荷间接参与到氧化反应中,两种反应机制在Pd₃/MoS₂/Ag（111）上具有非常低的反应势垒（0.4～0.6 e V）。该结果可为实验上在MoS₂上制备稳定的单原子催化剂并调控其催化性能提供重要的理论指导。本文通过以下章节展开了具体的叙述:第一章为绪论部分,介绍了与催化领域相关的背景知识以及单原子催化剂的诞生与发展,并简要的阐述了单原子催化剂在催化性能方面的成果以及单原子催化剂在该领域的发展前景和困难。接着阐述了将单原子分散在MoS₂上的各种策略,以及在无缺陷MoS₂上形成稳定的单原子催化剂的研究进展。第二章是理论与方法部分,计算物理是一门新兴学科,本章主要介绍基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,从量子力学中薛定谔方程出发,简单阐述了计算过程中用到的方法,最后列举了用到的建模和分析软件。第三章,本章构建了两种异质结MoS₂/Ag（111）和MoS₂/Au（111）并分析了其物理性质。在异质结中MoS₂都具有一定的晶格失配,其拉伸应变为～5.18%,在形成MoS₂/Metal异质结时,会形成稳定的异质结结构,并且由于MoS₂和金属板之间功函数不同会发生明显的电荷转移,导致衬底出现了金属特征。接着在MoS₂、MoS₂/5.18%、MoS₂/Au（111）和MoS₂/Ag（111）上对Pd _N（N=1-7）的吸附行为进行了分析,通过对比衬底上不同Pd _N结构的吸附能以及分析稳定结构Pd₃的分波态密度,证明了在对衬底施加拉伸应变和电荷转移的协同作用后,衬底更有利于吸附二维Pd _N,尤其是有利于形成Pd₃吸附结构,同时这种协同作用会有利于催化CO氧化反应。第四章中,本章对MoS₂、MoS₂/5.18%、MoS₂/Au（111）和MoS₂/Ag（111）衬底上Pd₁和Pd₃的活性位点上吸附的CO和O₂分子的吸附行为进行了分析。结合吸附能和态密度分析,我们提出在两种不同气体浓度下可能存在两种主要的催化机制,TER机制和CLH机制。首先讨论了在四种不同的衬底上Pd₃活性位点上进行的TER机制并计算了反应势垒,同时与Pd₁活性位点上的反应势垒进行对比;接着讨论了Pd₃活性位点上进行的CLH机制并计算了反应势垒,同时与Pd₂活性位点上的反应势垒进行对比。可以发现在对衬底施加拉伸应变和电荷转移后,TER和CLH两种反应机制下的反应势垒都会发生不同程度的下降,同时Pd₃中相邻的Pd原子会作为电子供体间接参与反应,也会造成催化势垒下降。对衬底的应变工程和电荷转移协同作用可以有效增加单原子催化剂的稳定性和催化活性。本研究通过对应力和电荷转移协同作用,对MoS₂异质结衬底进行调控,形成了具有高效稳定的CO氧化催化活性的过渡金属Pd₃单原子催化剂,展示了多种催化路径并极大的降低了反应势垒,有望为在无缺陷MoS₂上设计和调控出高稳定性,高效率的新型单原子催化剂开辟新途径。