单原子催化剂由于其明确的结构和良好的催化选择性受到了广泛关注,氧化亚铜是丙烯环氧化生成环氧丙烷的常用催化剂,可以作为单原子催化剂的衬底。因此研究基于氧化亚铜的单原子催化剂成为提高丙烯环氧化等多相催化反应活性和选择性的重要手段。本论文主要研究基于氧化亚铜的单原子催化剂的稳定性和Rh-Cu2O催化剂上丙烯环氧化反应的机理。第一章首先概述了单原子催化剂的研究进展。其次简述了丙烯环氧化制备环氧丙烷的发展现状,为进一步研究提供了方向。最后,明确了研究课题和研究方案:理论研究3d、4d、5d过渡金属单原子（TMs）负载在氧化亚铜表面形成的单原子催化剂的稳定性以及单原子催化剂Rh-Cu2O催化丙烯环氧化的机理。第二章主要介绍了本论文所采用的理论方法,其中包含密度泛函理论的基本概念与公式以及使用的相关软件。第三章主要研究了TMs替代Cu2O表面上铜原子形成的单原子催化剂（SACs）和替代氧原子形成的单团簇催化剂（SCCs）的稳定性。计算结果表明,在所研究的174种新型催化剂中,有60种能够稳定存在的SACs和SCCs。其中,SACs最容易通过TMs替代Cu2O（111）表面第二层的配位饱和铜原子形成,而SCCs最容易通过替代Cu2O（110）表面第二层氧原子形成。研究表明SACs和SCCs的结合能和形成能呈双峰状,这是由过渡金属单原子的d轨道被占据引起的。在研究的三个Cu2O低指数面中,SACs比SCCs更容易形成。3d TMs掺杂在Cu2O表面比4d和5d的更稳定,4d和5d TMs掺杂在Cu2O表面形成SACs和SCCs的束缚能和键长规律可以用镧系收缩来解释。研究发现,随着电负性的增加,转移的电荷沿元素周期表从左到右依次递减,而SACs和SCCs在Cu2O表面的自旋态沿d序列呈周期性变化趋势。研究结果解释了TMs掺杂在Cu2O表面的基本规律,为新型SACs和SCCs的设计提供了理论依据。第四章主要研究了丙烯在单原子催化剂Rh-Cu2O（111）上的环氧化反应机理。研究发现单原子催化剂中的Rh具有促进O-O键活化的能力,有利于丙烯发生环氧化反应生成环氧丙烷。丙烯与预吸附在Rh原子上的O2*（O*）作用时,脱氢（AHS）过程和环氧化（OOMMP）过程均吸热,表明单原子Rh不利于反应物的脱氢过程和环氧化过程。而当丙烯和预吸附在与Rh相连的单配位表面铜(CuCUS)原子上的O2*（O*）作用时,环氧化（OOMMP）过程放热,表明与Rh(O*-CuCUS-Rh)相连的CuCUS能够促进丙烯的环氧化过程,且Rh的电子效应导致该位点具有高催化活性。计算结果表明单原子催化剂中的Rh是丙烯环氧化反应的助剂,该研究为设计促进丙烯环氧化反应的高性能单原子催化剂提供了理论依据。