氢气作为一种极具潜力的可再生清洁能源,已经引起广泛关注。但氢气的储存和运输仍是待解决的问题。通过甲酸等有机氢载体储存氢气是可行的方法。甲酸分解主要通过两条竞争路径进行,其中目的产物为H2,副产物为CO,而CO的存在会导致潜在的催化剂中毒。因此寻找催化甲酸分解制氢的高效催化剂,探究甲酸分解反应的机理成为了研究的焦点。氮配位的单原子/单中心催化剂（SACs/SSCs）由于出色的原子利用率和已经被证明的针对特定反应的极高催化活性与选择性备受关注。但是,单原子/单中心催化剂参与的催化反应的机理尚不明确。在本课题中,我们研究了氮掺杂单层石墨烯催化剂负载的Pd单原子（SAC Pd N3-G）和N掺杂单层石墨烯负载的Pd3团簇（SSC Pd3N3-G）以用于探究单原子/单中心催化剂表面甲酸分解制氢反应机理并且阐明Pd单原子与Pd3团簇在催化反应中的作用。使用密度泛函理论研究了Pd N3-G与Pd3N3-G催化剂的结构,制定了详细的甲酸分解路径,基于计算优化得到的甲酸分解过程中的中间体稳定构型,使用NEB方法和Dimer方法来搜索甲酸分解制氢过程的过渡态,并通过频率分析来保证结果的正确性。结果显示,对于SAC Pd N3-G催化剂,它的活性不足以催化甲酸分解,这可能是单原子位点限制引起的过大空间位阻所导致。单原子活性中心之间的协同催化可能是进一步研究的课题。SSC Pd3N3-G催化剂相对于SAC Pd N3-G催化剂,通过提供更多的催化位点显著的降低了空间位阻,这促进了甲酸分解反应的正向进行。通过对甲酸分解的4条路径进行详细计算,得到如下结论。在SSC Pd3N3-G表面,甲酸更倾向于通过羧酸根路径1生成氢气与二氧化碳,其速率控制步骤为COOH断裂C-H键产生H原子与CO2,该过程能垒仅为0.55 e V,而甲酸盐路径的速率控制步骤为HCOO基团的C-H键断裂,对应能垒高达1.61 e V。另外,可能产生CO的两个副反应路径,羧酸根路径2与醛基路径的能垒分别为1.31e V和3.01e V。结果表明,SSC Pd3N3-G是一种有前途的甲酸脱氢催化剂,具有较高的催化活性和选择性。此外,阐明了甲酸在SAC Pd N3-G和SSC Pd3N3-G催化剂表面上的分解机理,为合理设计单原子/单中心甲酸分解的催化剂提供了理论依据。