近年来,随着化石能源的减少与环境污染的加重,以氢气为主要能源载体的氢经济能源转换方式引起了人们广泛的关注,其具有清洁且高效的优点,发展前景广阔。目前,电解水制氢和燃料电池设备分别被认为是氢气的产生和利用中最清洁且有效的方式,但它们的效率仍有待提高。寻找廉价且高效的催化剂是这两种设备发展的关键所在。而我们的工作就主要集中于此类氢经济催化剂的设计与研究中。调研发现,二硫化钼（MoS₂）材料在多种溶液及氧化环境中都具有良好的稳定性,且在极端热、碱性环境下展现出超高的耐受性,同时具有类生物酶催化位点等优良特性,作为氢经济催化剂具有极大的优势。本文中,我们利用第一性原理方法,着重研究了MoS₂基材料对电解池和燃料电池系统中的两类重要反应（氧还原反应（ORR）和析氢反应（HER））的催化性能和微观机制,并最终提出相应的改进措施,以此促进新型MoS₂基催化剂的发展。在ORR研究中,我们全面探索了MoS₂完美表面,各类点缺陷,边缘缺陷的ORR行为。结果表明,对于MoS₂表面,无论是否有点缺陷存在,都会表现出ORR惰性,而边缘则具有很好的催化活性,且活性位点在S边缘处。这种系统的研究与催化活性的分析,解释了很多之前的实验现象,并为通过缺陷调控MoS₂催化性能提供了基础。之后,我们对MoS₂进行稀土元素掺杂以及成分调控,获得了优异的表面催化活性,以及更多的边缘催化位点。结合深入的电子结构分析,我们进一步指出这些MoS₂基材料中ORR活性增强的原因主要来自于中间物质OH与S结合强度的改善,这为ORR活性的研究提出了一个方向以供参考。在HER研究中,我们主要致力于改进1T相MoS₂的稳定性和催化活性。相比于传统的2H相,1T相具有更高的活性和导电性。通过结合热力学及动力学研究,我们发现硫族元素掺杂构成的双面层结构,以及Ni掺杂都可以赋予1T-MoS₂更好的稳定性和催化活性,从而促进其HER催化性能。综上,结合对MoS₂基材料在ORR和HER两方面催化性能的研究以及机理的揭示,我们对氢能利用和生产的效率问题提出了不同的改进措施,希望能够促进其发展。