纳米级双金属团簇因具有显著的量子尺寸效应、表面等离激元效应、元素协同效应等而呈现出独特的物理化学性质，在靶向医疗、化工生产、清洁能源等领域扮演着重要的角色。其结构复杂，运用实验手段难以精确表征原子的占位信息及构效关系，依靠计算模拟则可以实现。　　系统研究AunRE（n=6-15；RE=Gd，Dy）团簇的结构与理化性质随尺寸和RE原子种类变化的演化规律，以期能将共性理解并推广至其他重镧系单原子掺杂的金基小团簇上。运用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，获得 AunRE（n=6-15；RE=Gd，Dy）团簇的能量、磁矩、电子结构和HOMO-LUMO能隙等信息。选取Au6Gd负载于g-C3N4和锐钛矿相TiO2（101）面上，研究该模型吸附O2和CO的行为及催化CO氧化的反应机理。　　从头算进化模拟出AunRE（n=6-15；RE=Gd，Dy）团簇的稳定结构，再进行自旋极化密度泛函计算。结果表明，掺杂RE原子使Au团簇的“2D-3D”结构转变点提前，稳定性增强。AunRE团簇的高磁矩主要归结于RE原子中高度局域的4f电子的贡献，但在配位数相对较低和对称性更高的AunRE团簇中，Au-5d和Au-6s的杂化作用会进一步增强体系的磁性，因此Au6Gd和Au6Dy的总磁矩达到最大，分别为7.421μB和5.125 μB。AunRE（n=6-15；RE=Gd，Dy）团簇的HOMO-LUMO能隙普遍比Aun+1团簇的窄，而d带中心普遍较Aun+1团簇的高，表明AunRE团簇的化学活性和催化能力更强。　　经理论计算，裸露的g-C3N4本身并不能够自发吸附O2或CO，但负载Au6Gd团簇后，体系可以自发吸附这些气体。三个 3-s-三嗪相连所构成的大孔洞是Au6Gd、Au6Co和Au7最稳定的负载位。构成孔洞的N原子锚定了Gd原子，Au6Gd团簇（C6v）本身的受力平衡被打破，Au6内聚形成核形的新结构（C2v）。Au6Co中的一个Au原子也被N原子拉向孔洞，初始的平面结构（D6h）变成弯折状结构（Cs）。团簇在g-C3N4上的负载稳定性满足Au6Gd ＞ Au6Co ＞ Au7，高覆盖度不利于Au6Gd团簇稳定负载。运用CI-NEB方法计算Au6Gd/g-C3N4上CO的氧化历程发现反应物CO和O2都是直接吸附于Au原子上，克服高达1.27 eV的势垒才能形成CO2。　　计算研究Au7、Au6Co、Au6Gd负载于锐钛矿相TiO2（101）面的体系，发现TiO2（101）面为金属小团簇提供了丰富的吸附位，其中Au6Gd中的Gd原子倾向与衬底表面的O2c（桥氧）形成强Gd-O键。TiO2（101）面上团簇的负载稳定性满足Au6Gd ＞Au6Co ＞ Au7。负载金属团簇会向TiO2（101）面的固有带隙间引入额外的电子态，这利于扩大催化反应的光响应范围。负载的 Au6Gd 团簇能限域载流电子，其周围次近邻的Ti5c能吸附并激活O2，与团簇表面的CO反应。在Au6Gd中，Gd原子负责锚定团簇，Au原子直接参与催化历程，元素协同催化的本质得以揭示。