本论文采用密度泛函理论计算方法研究了Keggin型多金属氧酸盐（Polyoxometalates,POMs）负载的单原子催化剂和双原子催化剂在CO2的捕获和转化过程中的应用。通过研究反应的机理来讨论单原子催化剂和双原子催化剂的电子结构与其催化活性之间存在的关系,具体研究内容为:（1）使用密度泛函理论计算研究了α-Keggin型多金属氧酸盐负载的单原子催化剂促进CO2与CH4共转化为CH3COOH的反应过程。研究表明,单过渡金属活性中心倾向于被锚定在多金属氧酸盐表面的四重位点。在9种单原子催化剂中,Zn/POMs和Ru/POMs对于CO2和CH4的活化效果要优于其他七种单原子催化剂。Zn和Ru由于d轨道的电子占据状态不同使得这两种单原子催化剂在催化CH4活化过程中遵循不同的反应机理,活性中心d轨道处于半占据状态的Ru/POMs在CH4活化过程中具有相对较低的动力学能量势垒。另外,使用Al Cl3先将CO2活化后再与催化剂发生反应可以显著地降低C-C偶联反应的动力学能量势垒。结合两种可以降低动力学能量势垒的方法,即在使用Ru/POMs单原子催化剂活化CH4的同时,使用Al Cl3活化CO2之后再与Ru-CH3中间体反应。可以将整个共转化反应决速步骤的动力学能量势垒从30.43 Kcal·mol-1降低到20.88 Kcal·mol-1。（2）使用密度泛函理论计算研究了γ-Keggin型多金属氧酸盐负载的双原子催化剂在电催化CO2还原为C2产物的反应过程。研究表明,当两个过渡金属活性中心被锚定在多酸表面时,由于空间位阻效应的影响,两个过渡金属活性中心呈现出一高一低的构型,但是这种结构差异对于过渡金属活化CO2的活性几乎没有影响。对CO2活化效果最好的Re2-POMs具有C2产物选择性。在Re2-POMs催化CO2还原为C2的四种产物中,产物乙醇和乙二醇的产率要明显高于乙烯和乙烷,同时,在C2醇类优势产物中,乙醇的选择性远高于乙二醇产物的选择性。