在新能源的产业化与商业化中目前主要面临一些挑战,其中之一是在燃料电池在产业化和商业化中,铂基催化剂的使用中存在的问题。燃料电池中使用的铂系催化剂是造成燃料电池成本过高的主要原因之一。同时,阳极催化剂对CO的抗中毒性有待提高；燃料的选择和储存运输问题即寻求适合的储氢材料等。目前,研究人员虽然对一些Pt基合金纳米催化剂的催化性能进行了探索,但是Pt基合金催化剂毕竟还是比较昂贵,基于这些有待解决的问题,我们的研究致力于尝试寻求新型非Pt催化剂,抗中毒性能高的催化剂,同时具有一定的经济效益的催化剂,及储氢材料。首先,基于设计新型催化剂的需要,我们首先对合金团簇的电子特性进行了研究。探索其电子结构特性是为后续的探索合金团簇的催化性能分析奠定基础。我们采用DFT理论对二元合金团簇的电子特性进行了探索,特别是对AgCu双金属团簇的电子结构进行了分析,该分析显示了二元AgCu团簇不同于单一元素Ag或Cu组成团簇的电子特性。二元合金的AgCu具有较为活跃的电子特性,这对开展团簇的催化性能奠定基础；Cu,Ag,Au掺杂的Si团簇显示了二元Si基合金团簇在可见区有较好的光学电子响应,其磁性分析显示了,掺杂导致了团簇磁矩的增强；通过实验和理论模拟建立了异烟酸修饰的Ag团簇时的模型,其模型的电荷特性显示了其体系内的异烟酸向银纳米颗粒进行了电荷转移。其次,对掺杂异质元素的Ag团簇和Au团簇上CO氧化过程进行了探究,并对其在原子水平上揭示了壳层纳米颗粒的提升催化CO氧化的可能机制。对比CO分子在纯的Ag13, Au13团簇上的氧化过程,中心掺杂的金属纳米颗粒提升了CO氧化过程中O2分子中的O-O间的排斥作用,同时增强了CO-00间的结合能力,DOS分析表明中心掺杂导致d-band中心能量水平向有所提高(取向Fermi水平)为有效催化提供可能；对不同电荷状态下的团簇稳定性进行了分析,对比不同电荷状态下,显示(一1)电荷态下的团簇表面上CO氧化有着较低的能量势垒；DOS分析表明中心掺杂适当元素和(-1)电荷态下的d-band中心能量水平较为靠近Fermi水平,这表明催化剂中异元素的掺杂有利于其团簇表面上进行CO的氧化；并且探究了在不同CO+O2共吸附构型下,在Ag12Cu表面上的CO的氧化过程；过渡态理论推算表明,Cu掺杂的Ag团簇表面有利于CO氧化,其CO氧化过程能够自发进行。然后,详细分析了O：分子在AgCu双金属表面的吸附和解离情况,探究不同比例成分的AgCu双金属对催化性能的影响,O2分子的吸附能力一般随着吸附位Cu原子增多而增强,同时解离能明显降低,O2分子在2Ag+Cu原子的吸附位具有能够接受的吸附能和解离势垒,吸附位上2Ag+Cu成分是较为适合O2吸附和解离成分,并预测了2Ag+Cu吸附位是适合自发ORR(氧的还原反应)进程的活性位；对于石墨支撑的PtNi双金属吸附O2分子进行了讨论,支撑对O2吸附在PtNi团簇的电荷、键长的影响、及其态密度(DOS)分析显示了石墨支撑较少的改变Pt3Ni的电子特性,或者石墨的支持使其团簇向着有利于催化方向变化,这有助于理解Pt3Ni类团簇在石墨支撑上保持高效催化的原因；推算了ORR进程中可能中间态在含有2Ag+Cu原子吸附位上的吸附能,这些吸附能显示了在2Ag+Cu吸附位上可自发地进行ORR四电子进程,并对在AgCu双金属团簇表面2Ag+Cu吸附位上ORR可能进程的反转势进行了推算,d-band中心分析显示该吸附位有利于向着ORR进行；从理论上表明了在适当的AgCu成分和结构可以实现氧的有效还原,AgCu双金属枝晶对H2Oz的电化学特性表明AgCu双金属纳米合金是具有催化特性。这对于开发低成本的燃料电池电极具有一定的现实意义。最后,对异质金属掺杂的MgNi合金团簇的作为储氢材料的氢化热和形成焓等特性进行了理论分析,异质元素掺杂能够适当改善MgNi合金团簇储氢或放氢的特性,对探索适合储氢的多元合金金属材料具有借鉴意义。