随着世界人口数量不断增加及工业的持续发展,新能源开发和环境保护已成为全球性的热门话题。开发可持续的绿色清洁能源装置和技术对人类社会的可持续发展具有长远意义。可充电离子电池作为一种新型储能装置,已广泛应用于手机、电脑、电动汽车、大型电网系统等领域。其中,作为离子电池重要组成部分的负极材料在电池充放电过程中起着关键性作用。然而,传统负极材料表现出容量低、吸附活性位点少、扩散势垒较高等问题,现已无法满足实际应用需求,在这一背景下,进一步研究探索出高容量、稳定性强、循环寿命长的高性能新型负极材料是当今迫切需要解决的问题。除了开发二次离子电池,我们还可以采用低能耗的新型技术改进工业生产以应对当前能源问题。氨作为一种无碳清洁燃料和绿色能源载体,在农业、化工等产业中是不可或缺的。鉴于目前工业上合成氨技术主要依赖于反应条件苛刻、转换效率低、能源消耗和环境污染严重的Haber-Bosch工艺,电催化氮还原反应合成氨作为一种能耗低、清洁环保及可持续的替代技术,引起了科研人员的广泛兴趣。现阶段,催化剂的活性以及选择性是电催化氮还原合成氨过程中面临的主要挑战,因此设计高性能的电催化剂是当前电催化合成氨技术中的重中之重。针对以上可以缓解当前能源及环境危机的两个问题,本论文通过第一性原理计算方法,探索了二维层状材料β-In2Se3作为Li/Na/K离子电池负极材料的可行性,及过渡金属酞菁分子(TM@C24H12N6)作为氮还原合成氨电催化剂的催化性能,主要研究内容和结果如下:（1）系统研究了Li/Na/K离子在β-In2Se3单层上的吸附及迁移特性。首先通过声子谱和分子动力学模拟验证了β-In2Se3的热动力学稳定性。其次,计算出Li/Na/K离子在β-In2Se3上的吸附能分别为-1.93、-1.96和-2.48 e V,该结果表明β-In2Se3具有优异的离子亲和力。此外,与已报道的多种负极材料相比,Li/Na/K离子在β-In2Se3上的扩散势垒极低,分别为0.20、0.14和0.09 e V,说明β-In2Se3单层表面的离子迁移率更高。最后,对于Li和Na/K离子,计算出的理论比容量分别为115和230 m Ah/g,体积容量分别为698和1396 m Ah/cm~3,能量密度分别为180、426和413 m Wh/g。由此可见β-In2Se3是一种很有前景的离子电池负极材料。（2）设计了一系列的过渡金属酞菁分子(TM@C24H12N6,TM=Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、W、Re)作为氮还原氨的电催化剂,并系统研究其催化性能。计算结果表明Nb、Mo和Tc体系能够有效地吸附及活化N2分子,且通过连续机制进行反应有着较低的初始电位,分别为-0.50、-0.43、-0.64 V。其中Tc@C24H12N6分子体系对于氮还原反应具有极高的选择性,其法拉第效率约为99.9%,能有效抑制析氢反应的发生。以上结果说明Tc@C24H12N6催化剂具有良好的稳定性、优异的N2吸附及活化能力、低初始电位和高选择性等特点,是一种性能优异的氮还原反应合成氨的电催化剂。