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开发能够替代对环境有害的化石燃料的新材料在清洁能源生产、转换、存储等领域是至关重要的。质子交换膜燃料电池（PEMFC）由于其高效率的能源生产,低程度的污染排放被认为是一种具有吸引力的潜在的替代传统发电机的能源转换装置。虽然传统的Pt/C催化剂用于PEMFC有较高的活性,它也遇到一些诸如催化剂颗粒溶解、高成本、低稳定性等相关的问题。因此,高效廉价的电催化剂是PEMFC发展进程中必须要解决的问题。过渡金属碳化物（TMC）一直是表面科学和催化领域的重要研究课题,并已被提出作为一种可以取代成本更高、具有同等催化性能的铂族金属催化剂的候选材料。本文采用第一性原理方法,首先研究了H2S、SH和原子S与TiC（001）表面的相互作用,并试图揭示如何避免或从解离的H2S中移除吸附于催化剂表面的硫,从而较好地解释了在TiC（001）表面对低浓度的H2S的抗硫中毒机制。接着我们着重以TiC（001）为载体,研究了O2在不同Pt覆盖度（1/4,1/2,3/4和1 ML）的Ti C（001）（Ptn/TiC（001））表面的吸附和解离机制,该过程可以作为氧化还原反应（ORR）的简单描述。随后,又构建了M4（M=Au,Pd,Pt）贵金属团簇负载在HfC（001）表面的模型,详细研究了O2在M4/HfC（001）表面的吸附和解离反应,从而为设计高效廉价的氧化还原反应催化剂提供理论参考。主要研究工作及结果如下:（1）研究了H2S在TiC（001）表面的吸附和解离反应机制。详细地分析了吸附的含S物种（包括H2S、SH和S）在TiC（001）表面的几何结构和电子结构。结果表明,H2S较弱地吸附,而SH和原子S被强烈地吸附在TiC（001）表面。过渡态计算显示H2S很容易解离为SH（H2S→SH+H）,而共吸附的H的存在会抑制SH的进一步解离（SH+H→S+H+H）。相比之下,吸附的SH很容易发生氢化反应（SH+H→H2S）。因此,解离的SH可能通过加氢反应被移除表面。由此得出,H2S很难完全解离为S原子而使TiC表面中毒。研究结果将有助于进一步理解PEMFC中TiC（001）表面对低浓度H2S的抗硫中毒机制。（2）研究了氧气在Ptn/TiC（001）表面的吸附和解离反应机制。对吸附和解离体系的几何结构和电子结构进行了详细的分析。结果表明:Pt原子与TiC（001）的强相互作用有利于提高Pt催化剂的稳定性和催化活性。与Pt（111）相比,MLPt/TiC（001）（3×3）对促进O-O键的断裂和减弱对O原子的吸附强度均有积极的影响,因此该模型可以作为一个高效的ORR催化剂。（3）研究了O2在M4/HfC（001）（M=Au,Pd,Pt）表面的吸附和解离反应机制。对相关体系的几何结构和电子结构进行了详细的分析。研究发现,O2在Au4/HfC（001）（0.26 eV）、Pd4/HfC（001）（0.49 eV）和Pt4/HfC（001）（0.09 eV）上的解离势垒比在纯净表面HfC（001）（1.60 eV）、Au（111）（1.37 eV）、Pd（111）（1.0和0.91 eV）和Pt（111）（0.27-0.7 eV）上的解离势垒要小得多。O2在Pt4/HfC（001）表面低的解离势垒意味着其较高的催化活性,而Au4/HfC（001）和Pd4/HfC（001）也可能替代传统的Pt/C催化剂促进O2的解离。研究结果有助于设计出HfC表面负载的新型高效的贵金属纳米催化剂,促进对氧气的解离。