化石燃料的使用使得全球环境污染日益严重,为了保护我们赖以生存的家园,绿色可持续发展理念越来越受到当今国际社会的欢迎。燃料电池技术因其效率高、无污染等特点成为近年研究的热点之一。燃料电池装置既可以作为电力来源也可以用来绿色生产过氧化氢。然而,燃料电池的阴极发生的氧还原反应（Oxygen Reduction Reaction,ORR）的动力学过程较慢,限制了整个反应过程的效率,因此需要一个合适的催化剂来加速反应进行,目前商业使用的催化剂主要以贵金属铂基催化剂为主。但是铂在自然界中储量较少,价格昂贵,因此铂基催化剂的使用大大增加了燃料电池的成本,阻碍了燃料电池的大规模应用。所以,开发廉价高效的非金属或非贵金属催化剂是燃料电池大规模应用的关键。近年来,单原子催化剂（Single Atom Catalysts,SACs）由于其活性位点明确、作为活性中心的金属原子能够被100%利用的优点成为非贵金属催化剂的研究热点之一。本文结合分子模拟计算及热力学模型分析,高通量计算了双金属配位电催化剂的ORR催化性能,筛选了能够用作电源的ORR催化剂及能够高效催化过氧化氢生产的催化剂。主要研究内容如下:1.金属卟啉结构的氧还原性能研究。通过对过渡金属配位卟啉结构ORR过程的计算,发现卟啉中心为金属Cr时其催化性能最好。对其电子结构分析发现,随着金属核外价电子数的增加,在吸附OH*中间体时,越来越多的电子占据到反键轨道上,这削弱了金属与OH*之间的成键强弱,当卟啉中为金属Cr时,其吸附强弱最佳,因此其催化性能最好,其过电势为 0.392 V。2.H2TPyP-M2结构的氧还原性能研究。M2位置的配位环境与卟啉结构不同,为了探究这两种配位环境对其催化性能的影响,我们计算了3d过渡金属的所有情况,计算发现当M2为Sc和Ti时其ORR反应按解离机制进行,其余金属均按联合机理进行。从火山型中可以看出Cu位于火山的顶点,其过电势为0.371 V。将该结构与金属卟啉进行比较发现,M2位置对中间体的吸附更强,这是由于与M2相连的吡啶环不在一个平面上,吡啶上近中间体的一侧与氧之间存在弱相互作用导致的。3.M1TPyP-M2结构的氧还原性能研究。M1TPyP-M2结构中含有以上两种配位环境,利用量化计算我们探究了所有过渡金属组合的情况,筛选出了用于电池装置的最佳催化剂CrTPyP-Cu和用于生产过氧化氢的催化剂ZnTPyP-Mn、ZnTPyP-Zn和ZnTPyP-Cr。通过电极电势分析,预测CrTPyP-Cu的工作电压为～0.85 V。用于生产过氧化氢的催化剂ZnTPyP-Mn、ZnTPyP-Zn 和 ZnTPyP-Cr 的过电势分别为 0.082 V、0.105 V 和 0.107 V。通过电子结构分析发现,某些特定的金属组合下,两个金属之间存在弱耦合作用。经过我们的计算和分析,我们筛选出了用于电池系统性能最好的四电子ORR催化剂CrTPyP-Cu和用于生产H2O2的两电子ORR催化剂ZnTPyP-Mn、ZnTPyP-Zn和ZnTPyP-Cr,并在电子层面理解了双金属催化剂中两个金属位点之间的相互作用,为实验合成工作和深层次理解催化机理提供了帮助。