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随着能源的枯竭和环境的恶化,近年来,通过催化分解水分子制取氢气和氧气是获得清洁能源最可行有效的方法之一。越来越多的二维非金属石墨烯催化剂被开发出来用于降低催化反应势垒和提高反应速率。本文通过基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统的研究了硼功能化石墨烯膜单空位分解水分子的可持续循环过程。我们首先构想了水（H2O）分子吸附在硼功能化石墨烯膜单空位上方四种最可能的初始不等价构型:H2O分子平行于石墨烯膜平面,（1）氧原子在空位的上方;（2）氢原子在空位的上方;H2O分子垂直于石墨烯膜平面,（3）氢原子指向空位;（4）氧原子指向空位。本文还研究了硼功能化石墨烯单空位的结构、磁学性质、电子性质、弹性性质、电荷转移等情况以及自由水分子的结构,系统的了解了水分子在硼功能化石墨烯膜单空位上可持续分解情况,得到了硼功能化石墨烯膜单空位分解水分子降低反应势垒的机制。具体内容如下:通过计算我们构建的四种初始不等价构型,得到最稳定构型是H2O分子垂直于石墨烯膜平面,氢原子指向空位。对该构型的态密度、电荷转移和差分电荷密度的计算,表明H2O分子吸附在硼功能化石墨烯膜单空位上,靠近空位的H原子与上方的OH键之间的分离能是1.22 eV,分解后的OH键成为自由状态。H原子脱离衬底结构成为自由的H原子需要克服1.91 eV的分离能,明显小于自由水分子中第一个H原子的分离能6.01 eV。为了完全分解H2O分子,接下来计算了OH键在硼功能化石墨烯膜单空位上的分离能,最稳定构型是OH键垂直于石墨烯膜,H原子指向空位。指向空位的H原子与上方的O原子之间的分离能为2.76 eV。该能量小于自由OH键的分离能（5.07 eV）。最后,H2O分子可以被完全分离成自由的H原子与O原子,自由产物可以形成氧气和氢气。硼功能化单空位石墨烯膜可以恢复到干净的初始状态重复使用,继续下一次催化反应。因此,硼功能化单空位的石墨烯膜体系是催化水分子完全分解的高效催化剂,并且在该体系上的水分子分解过程是可持续循环过程。本文的结构安排如下:第一章介绍目前国际上对于分解水分子获得清洁能源的研究背景和现状、非金属分解水分子的研究热点以及石墨烯材料在清洁能源上的应用。第二章介绍了本文所用的密度泛函理论基础以及第一性原理计算的演变过程。第三章主要研究了H2O分子吸附在硼功能化石墨烯膜单空位的态密度、电荷转移的情况和差分电荷密度。硼功能化单空位石墨烯膜的磁学以及弹性性质。第四章是硼功能化单空位石墨烯膜作为催化剂能有效催化H2O分子分解且该过程是可持续循环过程。第五章是本文的研究工作的总结,我们所得到的催化剂可能有助于其他小分子的分解,例如:人工光合作用和生物模拟材料等。