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能源转换是解决能源短缺和环境污染问题的有效手段之一。近年来,为了找到活性好和高选择性的催化剂材料来解决能源转换问题,科学家们研究了大量的金属和非金属催化剂材料。其中,碳基纳米材料因其具备资源丰富、价格低廉和高电导率的特点,成为最优选择的催化剂之一。然而,纯碳基纳米材料表面较差的吸附性能限制了这种材料的应用,所以改善碳基纳米材料的吸附性能成为了其应用的关键,缺陷或力学形变是其中最重要方法之一。本文采用第一性原理的方法,以碳基纳米材料的重要组成部分碳纳米管(CNT)为主要研究对象,通过空位缺陷、掺杂与力学形变的协同作用,多个官能团在不同形变程度下CNT的活性中心上的吸附性能。主要研究内容如下:(1)计算研究了径向压缩和轴向拉伸对O*、OH*、OOH*在含单碳原子空位(MV)的(7,0)、(8,0)和(9,0)CNT在OER中吸附性能的影响。在压缩形变0.5%-5.0%区域内,结果表明O*、OH*和OOH*中间态吸附在表面活性位点C原子上吸附能降低,过程反应能表明O*→OOH*随形变程度增大而更容易进行;在拉伸形变0.5%-5.0%区域内,随形变程度增大,结果表明(7,0)和(8,0)CNT的O*、OH*和OOH*中间态吸附在表面活性位点C原子上吸附能降低,过程反应能表明含MV的(7,0)CNT更有利于O*→OOH*的进行,含MV的(8,0)和(9,0)CNT的OH*→O*更容易进行。(2)计算了在OER中多个官能团对单原子B替换活性区域多个C原子后的(7,0)、(8,0)和(9,0)CNT的吸附性能。对于B掺杂的(7,0)、(8,0)和(9,0)CNT,B作为活性位点捕获了 OH和OOH,B-C桥位捕获了 O原子。在压缩形变0.5%-5.0%区域内,O*、OH*和OOH*中间态吸附能降低;在拉伸形变0.5%-5.0%区域内,B掺杂的(7,0)和(9,0)CNT的O*、OH*和OOH*中间态吸附能降低,(8,0)CNT的O*中间态吸附能降低。OER反应能表明随压缩形变程度增大,B掺杂的(7,0)和(9,0)CNT的O*→OOH*更容易进行,B掺杂的(8,0)CNT的OH*→O*更容易进行;随拉伸形变增大,B掺杂的三种直径CNT的OH*→O*进行更容易。综上结果表明,对于MV和B掺杂的CNT,轴向拉伸0.5%-5.0%使得MV的(7,0)和(8,0)CNT 的 O*、OH*和 OOH*中间态,MV 的(9,0)CNT 的 O*中间态,B掺杂的(7,0)和(9,0)CNT的O*、OH*、OOH*中间态,B掺杂的(8,0)CNT的O*中间态吸附能降低;径向压缩0.5%-5.0%使得O*、OH*和OOH*中间态吸附能降低。在径向压缩0.5%-5.0%区域内,随形变程度增大,MV的CNT的O*→OOH*更容易进行,B掺杂的(7,0)和(9,0)CNT的O*→OOH*更容易进行;在轴向拉伸0.5%-5.0%区域内,随形变程度增大,MV的(7,0)CNT的O*→OOH*变得更容易。这些结果都为研究碳基非金属OER催化剂提供了参考。