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二氧化碳电催化转化制高附加值化学品是近年来最热点的课题之一。然而,目前该反应存在着产物选择性低,过电位高等挑战,因而开发具有高催化活性、高选择性和低成本的电催化剂对二氧化碳的高效转化至关重要。本论文,我们基于二维材料设计了几种催化剂,并通过密度泛函理论计算考察了不同催化剂对二氧化碳还原反应（CO2ER）的催化活性及产物选择性的影响,揭示了各催化剂表面CO2ER的最优反应路径及相关催化机理。具体内容分别如下:（1）首先,我们设计了多孔单层C2N负载的双铜原子作为CO2ER催化剂。研究结果表明由于Cu的3d轨道和C2N中N的2p轨道之间强的杂化作用,双铜原子可以稳定的嵌入到多孔单层C2N中,并对CO2ER表现出优异的催化活性。其中,CH4是还原过程中的最优产物,仅仅具有-0.23V的起始电位,此外,还原过程中也可以生成C2H4,但反应起始电位为-0.76V。（2）其次,我们利用硼或氮原子掺杂的石墨炔作为非金属催化剂应用于CO2ER。结果表明,这两类掺杂的石墨炔具有很低的形成能,因而易于在实验中合成。更重要的是,掺杂的石墨炔对CO2ER表现出良好的催化活性,产物为甲烷和乙烯,其中乙烯的选择性更高,起始电位仅为-0.60V。掺杂石墨炔高的CO2ER催化活性主要源于其具有很高的电导率,以及特殊的催化活性位点。此外,我们进一步分析了这类材料的能带结构和电荷分布等电子性质,阐明了硼或氮掺杂提升石墨炔电催化活性的微观机制。（3）最后,我们考察了多孔C2N单层结构锚定单原子Mn在一氧化碳电还原（COER）的应用。结果表明单原子Mn可以稳定的锚定在单层C2N上,并且金属与其相邻N原子之间的协同作用可以吸附多达3个CO分子,同时吸附CO分子之间存在明显的C-C键的耦合。动力学分析表明形成2CO*和3CO*反应中间体时,C-C耦合反应的能垒分别为0.89eV和1.21eV。这些被吸附CO分子逐步加氢分别产生甲烷,乙醇和丙烯,相应的起始电位分别为-0.69V、-0.43V和-0.08V。此外,我们通过热力学公式对产物分布进行了计算,结果表明C3H6、C2H5OH和CH4的摩尔比为1.96×1010:2.43×104:1,因而COER在该催化剂上主要产物为C3类产物。本论文的研究表明这三种材料有望成为高催化活性、高选择性的CO2ER或COER催化剂,从而为推动二氧化碳的有效回收利用提供可行的新思路。