随着工业和科技的快速发展,越来越多的研究人员致力于寻找具有高效功能性的纳米材料来解决日益严重的能源危机和环境污染等问题。碳基材料的迅速发展,其在催化、电池等方面的应用受到了广泛关注。以碳基材料为基底的催化剂在催化CO氧化、ORR反应以及水煤气反应等都有很好的催化效果;以石墨做负极的锂离子电池在电能存储方面有优异的表现,可以应用于移动设备和动力汽车中,为人们的生活提供了很多的便利。而在光电子器件和量子器件的研究中,硅基纳米发光材料因其本身具备的特殊电子结构和光电特性,逐渐成为电子器件结合基底的热门材料之一。因此研究功能性纳米材料在工作中的电子结构以及机理特性具有重要意义。在本文中,我们利用第一性原理方法计算了单个Rh原子嵌入石墨炔（graphdiyne）上的CO氧化的反应机理,N掺杂石墨烯/Zn O界面对Li原子的吸附,以及一维链式（Si O2）10分子的电子结构性质,主要研究结果如下:1、利用第一性原理计算系统地研究了Rh嵌入石墨炔（Rh-GDY）上O2对CO的氧化作用。发现Rh原子可以作为结合碳原子的单个金属原子在GDY中稳定存在,并且均匀分布。在计算中,我们发现Langmuir-Hinshelwood（LH）机制和Termecular Eley-Rideal（TER）机制都是可取的,因为它们的限速步骤的能量垒非常低（分别为0.54 e V和0.49e V）。而且,根据它们在各种温度下的反应速率常数,我们发现随着温度的升高,LH机理和TER机理的反应速率也在增加,说明高温下Rh原子嵌入GDY中可以促进反应的进行。并且比较速率常数后我们推断LH机理可能比TER机理更优先。我们的研究将有助于揭示CO在SAC上的氧化机理,并为基于GDY薄板的SAC在各种应用中的设计提供启示。2、通过第一性原理计算,我们发现吡咯N掺杂的石墨烯和吡啶N掺杂的石墨烯比纯净石墨烯对Li原子的吸附能强,而石墨N掺杂的石墨烯比纯净石墨烯对Li原子的吸附能弱,这说明吡咯N和吡啶N的掺杂提高了石墨烯对Li原子的吸附能力。当不同N掺杂的石墨烯与Zn O结构复合时,对Li原子的吸附能力明显增强,说明N掺杂的石墨烯与Zn O复合结构更具有亲锂性,能引导Li原子顺利沉积。3、利用密度泛函理论的B3LYP方法计算得到（Si O2）10分子的基态结构构型,研究外加电场对该分子的电子结构的影响特性及规律。采用含时密度泛函理论的B3LYP方法计算分析了外加电场对（Si O2）10分子激发特性的影响。当外加电场为正时,随着电场强度的增加,（Si O2）10分子各个组成单元一侧的Si-O键的键长增加,另一侧则减少;与之相反的,当外加电场为负时,随着电场强度的增加,（Si O2）10分子的各组成单元的Si-O键一侧减少,另一侧增加;而且随着电场强度的增加,（Si O2）10分子的能隙相应的减小,这样有利于轨道电子的激发;在施加电场后,（Si O2）10分子的各个激发态下的激发能会随着外加电场的强度的增加而减小,并且吸收谱线的波长也会有一定的红移。