长期以来,使用电化学水裂解法制氢反应被认为是一项不会造成严重环境污染的重要技术。通过电催化析氢反应（HER）,可以将水转变为高燃烧值的氢气,成为可以替代化石燃料的一种理想的清洁能源。目前,在HER催化剂的选择方面,贵金属基催化剂仍然是最为有效的HER催化剂,尤其是铂,是当前最先进的HER催化剂。然而,贵金属基催化剂的资源有限且成本较高,阻碍了其发展和应用,因此急需开发效率高、成本低的非贵金属HER催化剂。最近,二维（2D）超薄纳米材料因其独特的层状结构以及优异的电化学性能而逐渐成为研究热点。基于此,材料学家设计合成了一系列具有优良电催化性能的二维材料,如石墨烯、过渡金属二硫化物（TMDs）、石墨氮化碳（g-C3N4）和二维过渡金属碳（氮）化物（MXene）等,并对其电化学性能进行了深入研究。然而,较之于Pt催化剂,二维材料在HER催化活性方面还存在较大的提升空间,这主要归因于其较高的氢吸附自由能。因此如何提高二维材料的HER活性,就成为此类材料能否进入大规模应用阶段的瓶颈因素。近期研究表明,由MXene等二维材料组成的异质结构在电化学水电解方面表现出超越同类催化剂的优异催化性能。然而此类由二维材料构成的异质结构在电催化性能上的增强机理目前尚不明确,需要我们进一步去挖掘。为了解决上述问题,我们通过理论模拟,探究了不同官能团、掺杂率以及异质结构类型等对MXene异质结构HER性能的影响,并对其内在成因进行了深入分析。这为新型HER催化剂的设计与优化提供了良好的理论支持。主要研究内容如下:1、MXene与N掺杂石墨烯（NDG）异质结构HER催化剂的构建及其性质研究。基于第一性原理密度泛函理论,我们对MXene（Ti2CO2、V2CO2、Sc2CO2）与NDG组成的异质结构的几何与电子性质以及HER活性进行了研究,考察了MXene类型、N掺杂率以及H覆盖率对HER活性的影响。结果表明在异质结构的界面上存在明显的电子转移。在形成异质结构的过程中,MXene的添加改变了NDG表面的电子结构,进而增强了H在NDG表面的吸附从而有效提升了HER活性。在由不同类型MXene与不同种掺杂率NDG组成的异质结构构型中,Sc2CO2/NDG表现出了最优异的催化活性。这些研究成果对未来高活性电催化剂的设计和改进具有重要意义。2、NDG/M2CT2异质结构中官能团对HER催化的影响。在上述工作的基础上,研究了含有-O、-F、-OH三种官能团的MXene在与含有不同N掺杂率石墨烯形成异质结构之后,官能团的种类对异质结构几何与电子性质及其HER性能的影响。研究结果表明由于二维材料组成单元功函数（work function）的差异,不同官能团下电子转移的大小与方向不同。此外官能团的种类也会对异质结构的电子性质和HER活性产生一定的影响,其中O官能团对异质结构的影响最大。O官能团所在的异质结构表现出更优异的催化活性。3、MXene与B掺杂石墨烯（BDG）异质结构HER催化剂的构建及其性质研究。我们研究了不同的MXene（Sc2CO2～W2CO2）与B掺杂石墨烯搭建而成的十二种异质结构的几何结构与电子性质及其对H的吸附性能,结果表明MXene的类型对异质结构的HER性能产生了一定的影响,在异质结构的形成过程中,异质结构界面之间因其组成单元功函数的不同存在着一定的电子转移,继而影响了异质结构的稳定性和电子结构,在所有的异质结构中,Y2CO2/BDG的结合能最大,结构最为稳定。后续随着MXene类型的不同,其对BDG吸附H的影响作用也不同。对比所有的异质结构,Y2CO2/BDG异质结构最接近于Pt的H吸附能,说明Y2CO2/BDG是一种相对有潜力的HER催化剂。