氢气具有燃烧值高、无污染等优点,使其可以成为替代化石能源的新能源。因此发展新型的催化剂制氢已经成为解决当前能源危机的重要手段。其中发展光催化剂和电催化剂成为最有前景的领域之一。本文结合钙钛矿和过渡金属化合物的研究现状,运用第一性原理计算研究了掺杂不同元素对CaTi₅O₁₁和磷化钴（CoP）催化水解性能的影响。CaTi₅O₁₁作为新型的层状钙钛矿,其结构和二氧化钛非常相似,可以作为光催化剂来分解水制氢,但是其带隙（3.58eV）仍然很大。通过掺杂不同元素进行能带调控可提高光催化效率,研究发现单掺杂N、C、S、V、Cr和共掺杂N-V可以有效调节CaTi₅O₁₁的几何结构和电子结构,达到减小CaTi₅O₁₁带隙提高光催化效率的目的。单掺杂虽然会降低CaTi₅O₁₁带隙,但是带隙中间出现的杂质态会加速电子-空穴的再重组,这会抑制光催化效率。N-V共掺杂在减小了带隙的同时也消除了中间可能出现的杂质态,对结合能的计算表明共掺杂比单掺杂有更好的稳定性。更重要的是,共掺杂N-V（ii、iv）的带边符合氧化还原分解水需要的电势。过渡金属化合物是一种新型的非贵金属化合物,其优异的析氢反应性能和热稳定性使其能够成为替代Pt电极的材料。其中CoP作为一种储量丰富的磷化物,虽然有着较好的析氢反应性能,但是其性能还远远达不到人们的要求。因此通过对CoP掺杂不同的金属元素,改变其电子结构来提高其析氢反应性能。研究发现掺杂Ni、Cu、Zn、Ga、Sn都会提高CoP的电催化性能,同时也计算了电荷和态密度来进行理论分析,这些计算结果为分析其它过渡金属化合物的析氢性能提供了理论依据。