本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，研究了氧原子在Pt（111）/Ni（111）合金表面的扩散和渗透行为，为质子交换膜燃料电池电极材料的设计和应用提供了理论参考；此外，研究了SiC表面和缓冲层掺杂对外延生长的石墨烯带隙的调控。主要结论如下：第一、根据氧原子在Pt（111）/Ni（111）及其不同比例合金等五种材料表面不同位置的吸附能，得出了氧原子在五种材料表面的最小扩散路径；依据最小扩散路径中的势垒，研究了氧原子在五种材料表面的扩散行为，得到氧原子在五种材料表面扩散难易程度的顺序为：PtNi₃（111）> Pt₃Ni（111）> Ni（111）> Pt（111）> Pt（111）-skin-Pt₃Ni，即氧原子在以Pt/Ni二元合金为表面的材料中的扩散难度要普遍大于以纯金属作为表面的材料中的扩散难度；同时在二元合金为表面的材料中，随着体系中Ni原子含量的增加，氧原子在其表面的扩散难度也随之增加。第二、采用NEB的方法研究了氧原子在上述材料中由表面最稳定吸附位fcc或fcc1位向次表面对应位置sub-hcp或sub-hcp1位的垂直渗透过程。通过对比渗透过程中的势垒，我们得出氧原子在五种材料中由表面向次表面垂直渗透的难易程度的顺序为：Ni（111）>PtNi₃（111）> Pt₃Ni（111）> Pt（111）>Pt（111）-skin-Pt₃Ni。为了从微观上更好地理解上述结论，我们提取渗透过程中氧原子在表面最稳定吸附位和面下鞍点时氧原子和与氧原子最近邻的Pt/Ni原子的电子投影态密度（PDOS），通过对比O-2p、Pt-5d、Ni-3d轨道的杂化程度，得出氧原子与Pt（111）、Pt₃Ni（111）和Pt（111）-skin-Pt₃Ni表面的相互作用较弱,即氧原子在以上三种材料表面更难以被吸附，因此向材料内部渗透也相对较为容易。第三、我们首先在不破坏SiC外延生长石墨烯（Graphene）原有结构对称性的基础上，选择B、N、Al、P原子，依次替换SiC基底（0001）面的未成键的Si原子，通过与纯净的Graphene的能带结构进行对比，研究SiC基底表面对于外延生长的Graphene带隙的调节和控制作用。其次，我们以BN网状薄层，替换模型中的缓冲层Buffer，研究Buffer对Graphene带隙的影响程度。