随着全球能源消费的飞速增长,能源安全、温室气体排放和空气污染等一系列难题随之产生,传统能源已经很难满足人类生产生活的基本需求。氢能是我国低碳能源战略的重要方向,但如何高效制取氢气是氢能源发展的核心问题。在多种制氢方式中,热化学硫碘循环工艺能够平衡制氢效率与制氢成本,通过引入反应中间物质将水分解拆分成多个基元反应步骤,被认为是最理想的制氢方法之一。该工艺的实际过程中,HI分解效率低,需要通过在反应过程中加入催化剂降低反应势垒。综合考虑成本与效率之后,氮掺杂非金属碳材料被证明是一种优秀的催化剂,氮原子的掺杂使得催化剂极性增强,HI分解效率明显提升。然而由于活性炭材料复杂的组成与结构,哪种含氮官能团取代位点是催化HI分解的活性中心这一问题仍在探索阶段。本研究将实验和密度泛函计算相结合,实现含氮官能团定向取代修饰活性炭位点,并且探究了含氮官能团种类与HI催化分解的关联,明确了氮掺杂活性炭催化HI分解的反应活性中心。本文首先使用NH3-CO2协同活化方法,在去氧水热碳化碳材料的基础上,通过控制NH3和CO2的配比、活化温度、活化时间等变量,探究了协同活化方法的造孔机制和氮取代机理,在活性炭物理性质参数保持较高水平的基础上初步建立了一套含氮官能团定向取代修饰的调控方法,制备得到了物理性质参数和含氮量相似,但含氮官能团种类不同的碳材料。样品100N800-3h、100N800-4h和50N800-4h含氮量分别达到7.37%、7.24%和7.79%,吡啶氮占比分别达到77.28%、75.94%和60.87%。通过HI分解实验,研究了含氮官能团种类对HI催化分解的影响,结果表明,吡啶氮比例越高,氮掺杂活性炭的HI催化分解效率越高。在此基础上,采用吡啶氮基团4,4’-Bipyridine联吡啶作为氮源,从活化步骤顺序、浸渍溶液浓度和浸渍液与活化剂配比等方面对活性炭进行调控改性从而得到更高比例的吡啶氮,对含氮官能团定向取代修饰的调控机制进行补充。在联吡啶溶液浓度在0.3 g/L-0.35 g/L附近时,样品吡啶氮官能团占比达到峰值,同时催化HI分解效率也为同级别最高。在量子化学计算方面基于密度泛函理论（DFT）,使用Gauss View建立并优化了多种含氮官能团取代碳位点的活性炭sp2杂化模型,使用Gaussian计算HI分子在碳平面模型边缘位点上的反应路径,在B3LYP/def2-TZVP水平上基于BERNY能量梯度通过全参数解析优化了无定形碳sp2杂化平面模型和多种含氮官能团取代不饱和碳活性位点后与HI反应势能面上各驻点的几何构型,求解过渡态并通过振动频率分析确认过渡态结构,通过内禀反应坐标（IRC）计算出不同含氮官能团定向取代修饰碳平面模型后催化HI分解反应的最低能量途径（MEP）,并结合零点能（ZPE）和电子基态能量,与热力学焓校正量相加后得到反应过程的反应势垒的相对值,从而比较反应发生的难易程度,最终验证氮掺杂活性炭的催化HI分解反应的最核心的基元反应HI=H+I和HI+H=H2+I,根据计算和分析可得,含氮官能团改变了 I吸附和H远离的机制,其中吡啶氮取代的碳模型均在HI分解反应中获得了更低的活化能。在C型碳平面上与未被含氮官能团取代碳原子活性位点的碳平面的反应势垒相比,下降了 74.64%（378.4kJ/mol降至216.5 kJ/mol）;W型碳平面模型下降了 69.22%（355.7kJ/mol降至210.2kJ/mol）;E型碳平面模型下降了 62.08%（525.8 kJ/mol 降至 324.4kJ/mol）;t 型碳平面模型下降了 42.21%（384.4kJ/mol降至 270.3 kJ/mol）。